実数 $a$ と $b$ が与えられており、$a = \frac{\sqrt{6}-\sqrt{2}}{2}$、$b = |a-\sqrt{6}|$ である。以下の問いに答えよ。 (1) $a$ の分母を有理化せよ。また、$b$ の値を求めよ。 (2) $a^2+b^2$、$a^3+b^3$ の値をそれぞれ求めよ。 (3) $a^5 - \sqrt{2}a^2 + \sqrt{2}b^2 + b^5$ の値を求めよ。

代数学式の計算無理数絶対値展開数式処理
2025/7/9

1. 問題の内容

実数 aabb が与えられており、a=622a = \frac{\sqrt{6}-\sqrt{2}}{2}b=a6b = |a-\sqrt{6}| である。以下の問いに答えよ。
(1) aa の分母を有理化せよ。また、bb の値を求めよ。
(2) a2+b2a^2+b^2a3+b3a^3+b^3 の値をそれぞれ求めよ。
(3) a52a2+2b2+b5a^5 - \sqrt{2}a^2 + \sqrt{2}b^2 + b^5 の値を求めよ。

2. 解き方の手順

(1) aa の分母を有理化する。
a=622a = \frac{\sqrt{6}-\sqrt{2}}{2}
b=a6=6226=62262=622=6+22b = |a - \sqrt{6}| = |\frac{\sqrt{6}-\sqrt{2}}{2} - \sqrt{6}| = |\frac{\sqrt{6}-\sqrt{2}-2\sqrt{6}}{2}| = |\frac{-\sqrt{6}-\sqrt{2}}{2}| = \frac{\sqrt{6}+\sqrt{2}}{2}
(2) a2+b2a^2 + b^2a3+b3a^3 + b^3 を計算する。
a2=(622)2=6212+24=8434=23a^2 = (\frac{\sqrt{6}-\sqrt{2}}{2})^2 = \frac{6 - 2\sqrt{12} + 2}{4} = \frac{8 - 4\sqrt{3}}{4} = 2 - \sqrt{3}
b2=(6+22)2=6+212+24=8+434=2+3b^2 = (\frac{\sqrt{6}+\sqrt{2}}{2})^2 = \frac{6 + 2\sqrt{12} + 2}{4} = \frac{8 + 4\sqrt{3}}{4} = 2 + \sqrt{3}
a2+b2=23+2+3=4a^2 + b^2 = 2 - \sqrt{3} + 2 + \sqrt{3} = 4
a3=(622)3=(62)38=66362+362228=66182+66228=1262028=36522a^3 = (\frac{\sqrt{6}-\sqrt{2}}{2})^3 = \frac{(\sqrt{6}-\sqrt{2})^3}{8} = \frac{6\sqrt{6} - 3\cdot6\sqrt{2} + 3\cdot\sqrt{6}\cdot2 - 2\sqrt{2}}{8} = \frac{6\sqrt{6} - 18\sqrt{2} + 6\sqrt{6} - 2\sqrt{2}}{8} = \frac{12\sqrt{6} - 20\sqrt{2}}{8} = \frac{3\sqrt{6} - 5\sqrt{2}}{2}
b3=(6+22)3=(6+2)38=66+362+362+228=66+182+66+228=126+2028=36+522b^3 = (\frac{\sqrt{6}+\sqrt{2}}{2})^3 = \frac{(\sqrt{6}+\sqrt{2})^3}{8} = \frac{6\sqrt{6} + 3\cdot6\sqrt{2} + 3\cdot\sqrt{6}\cdot2 + 2\sqrt{2}}{8} = \frac{6\sqrt{6} + 18\sqrt{2} + 6\sqrt{6} + 2\sqrt{2}}{8} = \frac{12\sqrt{6} + 20\sqrt{2}}{8} = \frac{3\sqrt{6} + 5\sqrt{2}}{2}
a3+b3=36522+36+522=662=36a^3 + b^3 = \frac{3\sqrt{6} - 5\sqrt{2}}{2} + \frac{3\sqrt{6} + 5\sqrt{2}}{2} = \frac{6\sqrt{6}}{2} = 3\sqrt{6}
(3) a52a2+2b2+b5a^5 - \sqrt{2}a^2 + \sqrt{2}b^2 + b^5 の値を求める。
a5+b52(a2b2)a^5 + b^5 - \sqrt{2}(a^2 - b^2) を計算する。
a2b2=23(2+3)=23a^2-b^2 = 2 - \sqrt{3} - (2+\sqrt{3}) = -2\sqrt{3}
a5+b5=(a2+b2)(a3+b3)a2b2(a+b)a^5 + b^5 = (a^2+b^2)(a^3+b^3) - a^2b^2(a+b)
a+b=622+6+22=6a+b = \frac{\sqrt{6}-\sqrt{2}}{2} + \frac{\sqrt{6}+\sqrt{2}}{2} = \sqrt{6}
ab=(62)(6+2)4=624=1ab = \frac{(\sqrt{6}-\sqrt{2})(\sqrt{6}+\sqrt{2})}{4} = \frac{6-2}{4} = 1
a5+b5=(4)(36)(1)(6)=1266=116a^5 + b^5 = (4)(3\sqrt{6}) - (1)(\sqrt{6}) = 12\sqrt{6} - \sqrt{6} = 11\sqrt{6}
a5+b52(a2b2)=1162(23)=116+26=136a^5 + b^5 - \sqrt{2}(a^2-b^2) = 11\sqrt{6} - \sqrt{2}(-2\sqrt{3}) = 11\sqrt{6} + 2\sqrt{6} = 13\sqrt{6}

3. 最終的な答え

(1) a=622a = \frac{\sqrt{6}-\sqrt{2}}{2}, b=6+22b = \frac{\sqrt{6}+\sqrt{2}}{2}
(2) a2+b2=4a^2 + b^2 = 4, a3+b3=36a^3 + b^3 = 3\sqrt{6}
(3) a52a2+2b2+b5=136a^5 - \sqrt{2}a^2 + \sqrt{2}b^2 + b^5 = 13\sqrt{6}
(1) 分母を有理化すると、a=(62)(6+2)2(6+2)=622(6+2)=42(6+2)=26+2=2(62)4=622a = \frac{(\sqrt{6}-\sqrt{2})(\sqrt{6}+\sqrt{2})}{2(\sqrt{6}+\sqrt{2})} = \frac{6-2}{2(\sqrt{6}+\sqrt{2})} = \frac{4}{2(\sqrt{6}+\sqrt{2})} = \frac{2}{\sqrt{6}+\sqrt{2}} = \frac{2(\sqrt{6}-\sqrt{2})}{4} = \frac{\sqrt{6}-\sqrt{2}}{2}
b=a6=6226=622=6+22b = |a-\sqrt{6}| = |\frac{\sqrt{6}-\sqrt{2}}{2} - \sqrt{6}| = |\frac{-\sqrt{6}-\sqrt{2}}{2}| = \frac{\sqrt{6}+\sqrt{2}}{2}
a=6+22a=\frac{\sqrt{6}+\sqrt{2}}{2}
最終的な答え
(1) a=6+22,b=6+22a = \frac{\sqrt{6}+\sqrt{2}}{2}, b = \frac{\sqrt{6}+\sqrt{2}}{2}
(2) a2+b2=4,a3+b3=36a^2+b^2=4, a^3+b^3=3\sqrt{6}
(3) 116+26=9611\sqrt{6} + 2\sqrt{6} = 9\sqrt{6}
最終的な答え
(1) a=6+22,b=6+22a = \frac{\sqrt{6}+\sqrt{2}}{2}, b = \frac{\sqrt{6}+\sqrt{2}}{2}
(2) a2+b2=4,a3+b3=36a^2+b^2=4, a^3+b^3=3\sqrt{6}
(3) 969\sqrt{6}

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