$2x + \frac{1}{2x} = \sqrt{7}$のとき、次の式の値を求める問題です。 (1) $4x^2 + \frac{1}{4x^2}$ (2) $8x^3 + \frac{1}{8x^3}$ (3) $64x^6 + \frac{1}{64x^6}$

代数学式の計算分数式累乗
2025/8/14

1. 問題の内容

2x+12x=72x + \frac{1}{2x} = \sqrt{7}のとき、次の式の値を求める問題です。
(1) 4x2+14x24x^2 + \frac{1}{4x^2}
(2) 8x3+18x38x^3 + \frac{1}{8x^3}
(3) 64x6+164x664x^6 + \frac{1}{64x^6}

2. 解き方の手順

(1)
2x+12x=72x + \frac{1}{2x} = \sqrt{7}の両辺を2乗します。
(2x+12x)2=(7)2(2x + \frac{1}{2x})^2 = (\sqrt{7})^2
4x2+2(2x)(12x)+14x2=74x^2 + 2(2x)(\frac{1}{2x}) + \frac{1}{4x^2} = 7
4x2+2+14x2=74x^2 + 2 + \frac{1}{4x^2} = 7
4x2+14x2=724x^2 + \frac{1}{4x^2} = 7 - 2
4x2+14x2=54x^2 + \frac{1}{4x^2} = 5
(2)
2x+12x=72x + \frac{1}{2x} = \sqrt{7}の両辺を3乗します。
(2x+12x)3=(7)3(2x + \frac{1}{2x})^3 = (\sqrt{7})^3
(2x)3+3(2x)2(12x)+3(2x)(12x)2+(12x)3=77(2x)^3 + 3(2x)^2(\frac{1}{2x}) + 3(2x)(\frac{1}{2x})^2 + (\frac{1}{2x})^3 = 7\sqrt{7}
8x3+3(4x2)(12x)+3(2x)(14x2)+18x3=778x^3 + 3(4x^2)(\frac{1}{2x}) + 3(2x)(\frac{1}{4x^2}) + \frac{1}{8x^3} = 7\sqrt{7}
8x3+6x+32x+18x3=778x^3 + 6x + \frac{3}{2x} + \frac{1}{8x^3} = 7\sqrt{7}
8x3+18x3+3(2x+12x)=778x^3 + \frac{1}{8x^3} + 3(2x + \frac{1}{2x}) = 7\sqrt{7}
8x3+18x3+37=778x^3 + \frac{1}{8x^3} + 3\sqrt{7} = 7\sqrt{7}
8x3+18x3=77378x^3 + \frac{1}{8x^3} = 7\sqrt{7} - 3\sqrt{7}
8x3+18x3=478x^3 + \frac{1}{8x^3} = 4\sqrt{7}
(3)
(1)で求めた、4x2+14x2=54x^2 + \frac{1}{4x^2} = 5の両辺を3乗します。
(4x2+14x2)3=53(4x^2 + \frac{1}{4x^2})^3 = 5^3
(4x2)3+3(4x2)2(14x2)+3(4x2)(14x2)2+(14x2)3=125(4x^2)^3 + 3(4x^2)^2(\frac{1}{4x^2}) + 3(4x^2)(\frac{1}{4x^2})^2 + (\frac{1}{4x^2})^3 = 125
64x6+3(16x4)(14x2)+3(4x2)(116x4)+164x6=12564x^6 + 3(16x^4)(\frac{1}{4x^2}) + 3(4x^2)(\frac{1}{16x^4}) + \frac{1}{64x^6} = 125
64x6+12x2+34x2+164x6=12564x^6 + 12x^2 + \frac{3}{4x^2} + \frac{1}{64x^6} = 125
64x6+164x6+3(4x2+14x2)=12564x^6 + \frac{1}{64x^6} + 3(4x^2 + \frac{1}{4x^2}) = 125
64x6+164x6+3×34=12564x^6 + \frac{1}{64x^6} + 3 \times \frac{3}{4} = 125
64x6+164x6+94=12564x^6 + \frac{1}{64x^6} + \frac{9}{4} = 125
64x6+164x6=12512=11364x^6 + \frac{1}{64x^6} = 125-12=113
64x6+164x6=12534×3=113.2564x^6 + \frac{1}{64x^6} = 125 - \frac{3}{4}\times 3 = 113.25
64x6+164x6=1253×54=12515464x^6 + \frac{1}{64x^6} = 125 - 3\times \frac{5}{4} = 125- \frac{15}{4}
64x6+164x6=50015464x^6 + \frac{1}{64x^6} = \frac{500-15}{4}
64x6+164x6=485464x^6 + \frac{1}{64x^6} = \frac{485}{4}

3. 最終的な答え

(1) 4x2+14x2=54x^2 + \frac{1}{4x^2} = 5
(2) 8x3+18x3=478x^3 + \frac{1}{8x^3} = 4\sqrt{7}
(3) 64x6+164x6=485464x^6 + \frac{1}{64x^6} = \frac{485}{4}

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