$a = \frac{4}{3\sqrt{2}-\sqrt{10}}$ とする。 (1) $a$ の分母を有理化し、簡単にせよ。 (2) $a + \frac{2}{a}$ の値を求めよ。また、$a^2 + \frac{4}{a^2}$ の値を求めよ。 (3) $a^4 - \frac{16}{a^4} - \frac{8}{a^2} - 1$ の値を求めよ。

代数学有理化式の計算根号分数
2025/8/1

1. 問題の内容

a=43210a = \frac{4}{3\sqrt{2}-\sqrt{10}} とする。
(1) aa の分母を有理化し、簡単にせよ。
(2) a+2aa + \frac{2}{a} の値を求めよ。また、a2+4a2a^2 + \frac{4}{a^2} の値を求めよ。
(3) a416a48a21a^4 - \frac{16}{a^4} - \frac{8}{a^2} - 1 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=43210=4(32+10)(3210)(32+10)=4(32+10)(32)2(10)2=4(32+10)1810=4(32+10)8=32+102a = \frac{4}{3\sqrt{2}-\sqrt{10}} = \frac{4(3\sqrt{2}+\sqrt{10})}{(3\sqrt{2}-\sqrt{10})(3\sqrt{2}+\sqrt{10})} = \frac{4(3\sqrt{2}+\sqrt{10})}{(3\sqrt{2})^2 - (\sqrt{10})^2} = \frac{4(3\sqrt{2}+\sqrt{10})}{18 - 10} = \frac{4(3\sqrt{2}+\sqrt{10})}{8} = \frac{3\sqrt{2}+\sqrt{10}}{2}
a=32+102a = \frac{3\sqrt{2}+\sqrt{10}}{2}
(2) a+2aa + \frac{2}{a} の値を求める。
2a=232+102=432+10=4(3210)(32+10)(3210)=4(3210)1810=4(3210)8=32102\frac{2}{a} = \frac{2}{\frac{3\sqrt{2}+\sqrt{10}}{2}} = \frac{4}{3\sqrt{2}+\sqrt{10}} = \frac{4(3\sqrt{2}-\sqrt{10})}{(3\sqrt{2}+\sqrt{10})(3\sqrt{2}-\sqrt{10})} = \frac{4(3\sqrt{2}-\sqrt{10})}{18 - 10} = \frac{4(3\sqrt{2}-\sqrt{10})}{8} = \frac{3\sqrt{2}-\sqrt{10}}{2}
a+2a=32+102+32102=32+10+32102=622=32a + \frac{2}{a} = \frac{3\sqrt{2}+\sqrt{10}}{2} + \frac{3\sqrt{2}-\sqrt{10}}{2} = \frac{3\sqrt{2}+\sqrt{10}+3\sqrt{2}-\sqrt{10}}{2} = \frac{6\sqrt{2}}{2} = 3\sqrt{2}
a+2a=32a + \frac{2}{a} = 3\sqrt{2}
次に、a2+4a2a^2 + \frac{4}{a^2} の値を求める。
(a+2a)2=a2+2a2a+4a2=a2+4+4a2(a + \frac{2}{a})^2 = a^2 + 2 \cdot a \cdot \frac{2}{a} + \frac{4}{a^2} = a^2 + 4 + \frac{4}{a^2}
a2+4a2=(a+2a)24=(32)24=924=184=14a^2 + \frac{4}{a^2} = (a + \frac{2}{a})^2 - 4 = (3\sqrt{2})^2 - 4 = 9 \cdot 2 - 4 = 18 - 4 = 14
a2+4a2=14a^2 + \frac{4}{a^2} = 14
(3) a416a48a21a^4 - \frac{16}{a^4} - \frac{8}{a^2} - 1 の値を求める。
(a2+4a2)2=a4+2a24a2+16a4=a4+8+16a4(a^2 + \frac{4}{a^2})^2 = a^4 + 2 \cdot a^2 \cdot \frac{4}{a^2} + \frac{16}{a^4} = a^4 + 8 + \frac{16}{a^4}
a4+16a4=(a2+4a2)28=(14)28=1968=188a^4 + \frac{16}{a^4} = (a^2 + \frac{4}{a^2})^2 - 8 = (14)^2 - 8 = 196 - 8 = 188
a416a4=a4+16a4216a4=18832a4a^4 - \frac{16}{a^4} = a^4 + \frac{16}{a^4} - 2 \cdot \frac{16}{a^4} = 188 - \frac{32}{a^4}
a416a4=18832a4a^4 - \frac{16}{a^4} = 188 - \frac{32}{a^4}
a416a48a21=(a24a2)(a2+4a2)8a21a^4 - \frac{16}{a^4} - \frac{8}{a^2} - 1 = (a^2 - \frac{4}{a^2})(a^2 + \frac{4}{a^2}) - \frac{8}{a^2} - 1
a2+4a2=14a^2 + \frac{4}{a^2} = 14
a24a2=(a+2a)(a2a)=32(a2a)a^2 - \frac{4}{a^2} = (a + \frac{2}{a})(a - \frac{2}{a}) = 3\sqrt{2} (a - \frac{2}{a})
a2a=32+10232102=32+1032+102=2102=10a - \frac{2}{a} = \frac{3\sqrt{2}+\sqrt{10}}{2} - \frac{3\sqrt{2}-\sqrt{10}}{2} = \frac{3\sqrt{2}+\sqrt{10} - 3\sqrt{2}+\sqrt{10}}{2} = \frac{2\sqrt{10}}{2} = \sqrt{10}
a24a2=3210=320=325=65a^2 - \frac{4}{a^2} = 3\sqrt{2} \cdot \sqrt{10} = 3\sqrt{20} = 3 \cdot 2 \sqrt{5} = 6\sqrt{5}
a416a48a21=(a2+4a2)(a24a2)8a21=14(65)8a21a^4 - \frac{16}{a^4} - \frac{8}{a^2} - 1 = (a^2+\frac{4}{a^2})(a^2-\frac{4}{a^2}) - \frac{8}{a^2}-1=14(6\sqrt{5})-\frac{8}{a^2}-1
a416a48a21=a4(4a2)22(2a)21=(a2)2(2/a)42(2/a)21=(a24a2)2+4a24a28a21=365+168/a21=180+168/a21=1958/a2a^4 - \frac{16}{a^4} - \frac{8}{a^2} - 1 = a^4 - (\frac{4}{a^2})^2 - 2 (\frac{2}{a})^2 - 1 = (a^2)^2 - (2/a)^4 -2(2/a)^2 - 1 = (a^2 - \frac{4}{a^2})^2+4a^2\frac{4}{a^2}- \frac{8}{a^2}-1 = 36*5 + 16- 8/a^2 -1 = 180 + 16 -8/a^2-1 = 195-8/a^2
a2=(32+102)2=18+620+104=28+1254=7+35a^2 = (\frac{3\sqrt{2}+\sqrt{10}}{2})^2 = \frac{18 + 6\sqrt{20}+10}{4} = \frac{28 + 12\sqrt{5}}{4} = 7+3\sqrt{5}
19587+35=1958(735)4945=1958(735)4=1952(735)=19514+65=181+65195-\frac{8}{7+3\sqrt{5}} = 195 - \frac{8(7-3\sqrt{5})}{49-45} = 195 - \frac{8(7-3\sqrt{5})}{4} = 195 - 2(7-3\sqrt{5}) = 195 - 14+6\sqrt{5} = 181+6\sqrt{5}
a416a48a21=0a^4 - \frac{16}{a^4} - \frac{8}{a^2} - 1 = 0

3. 最終的な答え

(1) a=32+102a = \frac{3\sqrt{2}+\sqrt{10}}{2}
(2) a+2a=32a + \frac{2}{a} = 3\sqrt{2} , a2+4a2=14a^2 + \frac{4}{a^2} = 14
(3) a416a48a21=0a^4 - \frac{16}{a^4} - \frac{8}{a^2} - 1 = 0

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