(1) $\frac{1}{1+\sqrt{2}+\sqrt{3}}+\frac{1}{1+\sqrt{2}-\sqrt{3}}-\frac{1}{1-\sqrt{2}+\sqrt{3}}-\frac{1}{1-\sqrt{2}-\sqrt{3}}$ を簡単にせよ。 (2) $a\star b = \sqrt{\frac{a}{a-b}+\frac{a+b}{a}}$ で定義する。 $(\sqrt{6}+1)\star 2$ を分母に根号を含まない数で表せ。

代数学式の計算根号有理化
2025/4/6

1. 問題の内容

(1) 11+2+3+11+23112+31123\frac{1}{1+\sqrt{2}+\sqrt{3}}+\frac{1}{1+\sqrt{2}-\sqrt{3}}-\frac{1}{1-\sqrt{2}+\sqrt{3}}-\frac{1}{1-\sqrt{2}-\sqrt{3}} を簡単にせよ。
(2) ab=aab+a+baa\star b = \sqrt{\frac{a}{a-b}+\frac{a+b}{a}} で定義する。 (6+1)2(\sqrt{6}+1)\star 2 を分母に根号を含まない数で表せ。

2. 解き方の手順

(1)
まず、最初の2つの分数を計算します。
11+2+3+11+23=(1+23)+(1+2+3)(1+2)2(3)2=2(1+2)1+22+23=2(1+2)22=1+22=2+22\frac{1}{1+\sqrt{2}+\sqrt{3}}+\frac{1}{1+\sqrt{2}-\sqrt{3}} = \frac{(1+\sqrt{2}-\sqrt{3})+(1+\sqrt{2}+\sqrt{3})}{(1+\sqrt{2})^2 - (\sqrt{3})^2} = \frac{2(1+\sqrt{2})}{1+2\sqrt{2}+2-3} = \frac{2(1+\sqrt{2})}{2\sqrt{2}} = \frac{1+\sqrt{2}}{\sqrt{2}} = \frac{\sqrt{2}+2}{2}
次に、後ろの2つの分数を計算します。
112+3+1123=(123)+(12+3)(12)2(3)2=2(12)122+23=2(12)22=122=212=222\frac{1}{1-\sqrt{2}+\sqrt{3}}+\frac{1}{1-\sqrt{2}-\sqrt{3}} = \frac{(1-\sqrt{2}-\sqrt{3})+(1-\sqrt{2}+\sqrt{3})}{(1-\sqrt{2})^2 - (\sqrt{3})^2} = \frac{2(1-\sqrt{2})}{1-2\sqrt{2}+2-3} = \frac{2(1-\sqrt{2})}{-2\sqrt{2}} = \frac{1-\sqrt{2}}{-\sqrt{2}} = \frac{\sqrt{2}-1}{\sqrt{2}} = \frac{2-\sqrt{2}}{2}
よって、求める式は
2+22222=2+22+22=222=2\frac{\sqrt{2}+2}{2} - \frac{2-\sqrt{2}}{2} = \frac{\sqrt{2}+2-2+\sqrt{2}}{2} = \frac{2\sqrt{2}}{2} = \sqrt{2}
(2)
ab=aab+a+baa\star b = \sqrt{\frac{a}{a-b}+\frac{a+b}{a}}a=6+1a = \sqrt{6}+1, b=2b=2 を代入すると、
(6+1)2=6+16+12+6+1+26+1=6+161+6+36+1(\sqrt{6}+1)\star 2 = \sqrt{\frac{\sqrt{6}+1}{\sqrt{6}+1-2}+\frac{\sqrt{6}+1+2}{\sqrt{6}+1}} = \sqrt{\frac{\sqrt{6}+1}{\sqrt{6}-1}+\frac{\sqrt{6}+3}{\sqrt{6}+1}}
6+161=(6+1)(6+1)(61)(6+1)=6+26+161=7+265\frac{\sqrt{6}+1}{\sqrt{6}-1} = \frac{(\sqrt{6}+1)(\sqrt{6}+1)}{(\sqrt{6}-1)(\sqrt{6}+1)} = \frac{6+2\sqrt{6}+1}{6-1} = \frac{7+2\sqrt{6}}{5}
6+36+1=(6+3)(61)(6+1)(61)=66+36361=3+265\frac{\sqrt{6}+3}{\sqrt{6}+1} = \frac{(\sqrt{6}+3)(\sqrt{6}-1)}{(\sqrt{6}+1)(\sqrt{6}-1)} = \frac{6- \sqrt{6}+3\sqrt{6}-3}{6-1} = \frac{3+2\sqrt{6}}{5}
(6+1)2=7+265+3+265=10+465=2+456=10+465(\sqrt{6}+1)\star 2 = \sqrt{\frac{7+2\sqrt{6}}{5} + \frac{3+2\sqrt{6}}{5}} = \sqrt{\frac{10+4\sqrt{6}}{5}} = \sqrt{2+\frac{4}{5}\sqrt{6}} = \sqrt{\frac{10+4\sqrt{6}}{5}}
ここで、2+456=10+465=10+2245=(6+4)25=(6+2)252+\frac{4}{5}\sqrt{6} = \frac{10+4\sqrt{6}}{5} = \frac{10+2\sqrt{24}}{5} = \frac{(\sqrt{6}+\sqrt{4})^2}{5} = \frac{(\sqrt{6}+2)^2}{5}
(6+1)2=(6+2)25=6+25=(6+2)55=30+255(\sqrt{6}+1)\star 2 = \sqrt{\frac{(\sqrt{6}+2)^2}{5}} = \frac{\sqrt{6}+2}{\sqrt{5}} = \frac{(\sqrt{6}+2)\sqrt{5}}{5} = \frac{\sqrt{30}+2\sqrt{5}}{5}

3. 最終的な答え

(1) 2\sqrt{2}
(2) 30+255\frac{\sqrt{30}+2\sqrt{5}}{5}

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