与えられた$x = \frac{\sqrt{5} + 1}{\sqrt{5} - 1}$に対して、以下の値を求める問題です。 (1) $x + \frac{1}{x}$, $x^2 - \frac{1}{x^2}$, $x^2 + \frac{1}{x^2}$, $x^4 + \frac{1}{x^4}$ (2) $x$の小数部分を$a$とするとき、$a$, $a^2 + a$, $\frac{\sqrt{a+1} - \sqrt{a}}{\sqrt{a+1} + \sqrt{a}}$ (3) $\sqrt{x^2 - 6x + 9} + \sqrt{9x^2 + 6x + 1}$

代数学式の計算有理化平方根絶対値
2025/4/12

1. 問題の内容

与えられたx=5+151x = \frac{\sqrt{5} + 1}{\sqrt{5} - 1}に対して、以下の値を求める問題です。
(1) x+1xx + \frac{1}{x}, x21x2x^2 - \frac{1}{x^2}, x2+1x2x^2 + \frac{1}{x^2}, x4+1x4x^4 + \frac{1}{x^4}
(2) xxの小数部分をaaとするとき、aa, a2+aa^2 + a, a+1aa+1+a\frac{\sqrt{a+1} - \sqrt{a}}{\sqrt{a+1} + \sqrt{a}}
(3) x26x+9+9x2+6x+1\sqrt{x^2 - 6x + 9} + \sqrt{9x^2 + 6x + 1}

2. 解き方の手順

(1)
まず、x=5+151=(5+1)2(51)(5+1)=5+25+151=6+254=3+52x = \frac{\sqrt{5} + 1}{\sqrt{5} - 1} = \frac{(\sqrt{5} + 1)^2}{(\sqrt{5} - 1)(\sqrt{5} + 1)} = \frac{5 + 2\sqrt{5} + 1}{5 - 1} = \frac{6 + 2\sqrt{5}}{4} = \frac{3 + \sqrt{5}}{2}
1x=515+1=(51)2(5+1)(51)=525+151=6254=352\frac{1}{x} = \frac{\sqrt{5} - 1}{\sqrt{5} + 1} = \frac{(\sqrt{5} - 1)^2}{(\sqrt{5} + 1)(\sqrt{5} - 1)} = \frac{5 - 2\sqrt{5} + 1}{5 - 1} = \frac{6 - 2\sqrt{5}}{4} = \frac{3 - \sqrt{5}}{2}
x+1x=3+52+352=62=3x + \frac{1}{x} = \frac{3 + \sqrt{5}}{2} + \frac{3 - \sqrt{5}}{2} = \frac{6}{2} = 3
x1x=3+52352=252=5x - \frac{1}{x} = \frac{3 + \sqrt{5}}{2} - \frac{3 - \sqrt{5}}{2} = \frac{2\sqrt{5}}{2} = \sqrt{5}
x21x2=(x+1x)(x1x)=35x^2 - \frac{1}{x^2} = (x + \frac{1}{x})(x - \frac{1}{x}) = 3\sqrt{5}
x2+1x2=(x+1x)22=322=92=7x^2 + \frac{1}{x^2} = (x + \frac{1}{x})^2 - 2 = 3^2 - 2 = 9 - 2 = 7
x4+1x4=(x2+1x2)22=722=492=47x^4 + \frac{1}{x^4} = (x^2 + \frac{1}{x^2})^2 - 2 = 7^2 - 2 = 49 - 2 = 47
(2)
x=3+52=3+2.2362=5.2362=2.618x = \frac{3 + \sqrt{5}}{2} = \frac{3 + 2.236\dots}{2} = \frac{5.236\dots}{2} = 2.618\dots
よって、xxの整数部分は2であり、小数部分a=x2=3+522=3+542=512a = x - 2 = \frac{3 + \sqrt{5}}{2} - 2 = \frac{3 + \sqrt{5} - 4}{2} = \frac{\sqrt{5} - 1}{2}
a2+a=a(a+1)=512(512+1)=512(5+12)=514=44=1a^2 + a = a(a+1) = \frac{\sqrt{5} - 1}{2} (\frac{\sqrt{5} - 1}{2} + 1) = \frac{\sqrt{5} - 1}{2} (\frac{\sqrt{5} + 1}{2}) = \frac{5 - 1}{4} = \frac{4}{4} = 1
a+1aa+1+a=(a+1a)2(a+1+a)(a+1a)=a+12a(a+1)+aa+1a=2a+12a(a+1)=2a+12a2+a=2(512)+121=51+12=52\frac{\sqrt{a+1} - \sqrt{a}}{\sqrt{a+1} + \sqrt{a}} = \frac{(\sqrt{a+1} - \sqrt{a})^2}{(\sqrt{a+1} + \sqrt{a})(\sqrt{a+1} - \sqrt{a})} = \frac{a+1 - 2\sqrt{a(a+1)} + a}{a+1 - a} = 2a + 1 - 2\sqrt{a(a+1)} = 2a + 1 - 2\sqrt{a^2 + a} = 2(\frac{\sqrt{5} - 1}{2}) + 1 - 2\sqrt{1} = \sqrt{5} - 1 + 1 - 2 = \sqrt{5} - 2
(3)
x26x+9+9x2+6x+1=(x3)2+(3x+1)2=x3+3x+1\sqrt{x^2 - 6x + 9} + \sqrt{9x^2 + 6x + 1} = \sqrt{(x-3)^2} + \sqrt{(3x+1)^2} = |x - 3| + |3x + 1|
x=3+52=2.618x = \frac{3 + \sqrt{5}}{2} = 2.618\dots
x3=2.6183=0.382<0x - 3 = 2.618\dots - 3 = -0.382\dots < 0
3x+1=3(3+52)+1=9+352+22=11+352>03x + 1 = 3(\frac{3 + \sqrt{5}}{2}) + 1 = \frac{9 + 3\sqrt{5}}{2} + \frac{2}{2} = \frac{11 + 3\sqrt{5}}{2} > 0
x3+3x+1=(x3)+(3x+1)=x+3+3x+1=2x+4=2(3+52)+4=3+5+4=7+5|x - 3| + |3x + 1| = -(x - 3) + (3x + 1) = -x + 3 + 3x + 1 = 2x + 4 = 2(\frac{3 + \sqrt{5}}{2}) + 4 = 3 + \sqrt{5} + 4 = 7 + \sqrt{5}

3. 最終的な答え

(1) x+1x=3x + \frac{1}{x} = 3, x21x2=35x^2 - \frac{1}{x^2} = 3\sqrt{5}, x2+1x2=7x^2 + \frac{1}{x^2} = 7, x4+1x4=47x^4 + \frac{1}{x^4} = 47
(2) a=512a = \frac{\sqrt{5} - 1}{2}, a2+a=1a^2 + a = 1, a+1aa+1+a=52\frac{\sqrt{a+1} - \sqrt{a}}{\sqrt{a+1} + \sqrt{a}} = \sqrt{5} - 2
(3) x26x+9+9x2+6x+1=7+5\sqrt{x^2 - 6x + 9} + \sqrt{9x^2 + 6x + 1} = 7 + \sqrt{5}

「代数学」の関連問題

与えられた複素数の式を計算し、簡略化します。問題の式は $\frac{12-17i+6i^2}{9-4i^2}$ です。

複素数計算簡略化
2025/4/19

次の分数式の計算をせよ。 $\frac{1}{x+1} + \frac{2}{x-1} + \frac{3x+1}{(x-1)(x+1)}$

分数式計算因数分解通分
2025/4/19

多項式 $A = 2x^2 + 3xy - y^2$、$B = -3x^2 - xy + 2y^2$、$C = -x^2 + xy + 3y^2$ が与えられたとき、$2(A - B) - (4A +...

多項式式の計算展開整理
2025/4/18

210円のA駅行きの切符と270円のB駅行きの切符を合わせて30枚購入したところ、合計金額が7020円になった。B駅行きの切符は何枚購入したか求める問題。

一次方程式文章問題連立方程式
2025/4/18

$x = \frac{1}{\sqrt{7} + \sqrt{5}}$, $y = \frac{1}{\sqrt{7} - \sqrt{5}}$ のとき、以下の式の値を求めよ。 (1) $x+...

式の計算有理化平方根
2025/4/18

行列 $A = \begin{bmatrix} 1 & -1 & 2 \\ 0 & 1 & 1 \\ 0 & 0 & 1 \end{bmatrix}$ に対して、$AX = E$ および $XA=E$...

線形代数行列逆行列基本変形
2025/4/18

与えられた分数式 $\frac{3\sqrt{7} - \sqrt{3}}{\sqrt{7} + \sqrt{3}}$ を計算し、分母を有理化して簡略化された形を求める問題です。

分数の計算分母の有理化平方根の計算式の簡略化
2025/4/18

与えられた式 $x(x+2)(2x+2)$ を展開し、整理した結果を求めます。

多項式展開整理
2025/4/18

与えられた式 $8a^3 - b^3 + 3ab(2a - b)$ を因数分解する問題です。

因数分解多項式展開立方根
2025/4/18

与えられた式 $8a^2 + 2ab - 3b^2$ を因数分解する問題です。

因数分解二次式多項式
2025/4/18