$x = \frac{3-\sqrt{5}}{2}$ のとき、次の式の値を求めよ。 (1) $x + \frac{1}{x}$ (2) $x^2 + \frac{1}{x^2}$ (3) $x^2 - \frac{1}{x^2}$ (4) $x^4 + \frac{1}{x^4}$ (5) $x^4 - \frac{1}{x^4}$

代数学式の計算有理化代入分数式
2025/4/19

1. 問題の内容

x=352x = \frac{3-\sqrt{5}}{2} のとき、次の式の値を求めよ。
(1) x+1xx + \frac{1}{x}
(2) x2+1x2x^2 + \frac{1}{x^2}
(3) x21x2x^2 - \frac{1}{x^2}
(4) x4+1x4x^4 + \frac{1}{x^4}
(5) x41x4x^4 - \frac{1}{x^4}

2. 解き方の手順

まず、1x\frac{1}{x} を求める。
1x=235=2(3+5)(35)(3+5)=2(3+5)95=2(3+5)4=3+52\frac{1}{x} = \frac{2}{3 - \sqrt{5}} = \frac{2(3 + \sqrt{5})}{(3 - \sqrt{5})(3 + \sqrt{5})} = \frac{2(3 + \sqrt{5})}{9 - 5} = \frac{2(3 + \sqrt{5})}{4} = \frac{3 + \sqrt{5}}{2}
(1) x+1xx + \frac{1}{x}
x+1x=352+3+52=35+3+52=62=3x + \frac{1}{x} = \frac{3 - \sqrt{5}}{2} + \frac{3 + \sqrt{5}}{2} = \frac{3 - \sqrt{5} + 3 + \sqrt{5}}{2} = \frac{6}{2} = 3
(2) x2+1x2x^2 + \frac{1}{x^2}
(x+1x)2=x2+2+1x2(x + \frac{1}{x})^2 = x^2 + 2 + \frac{1}{x^2}
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
(3) x21x2x^2 - \frac{1}{x^2}
(x1x)2=x22+1x2(x - \frac{1}{x})^2 = x^2 - 2 + \frac{1}{x^2}
x1x=3523+52=35352=252=5x - \frac{1}{x} = \frac{3 - \sqrt{5}}{2} - \frac{3 + \sqrt{5}}{2} = \frac{3 - \sqrt{5} - 3 - \sqrt{5}}{2} = \frac{-2\sqrt{5}}{2} = -\sqrt{5}
(x+1x)(x1x)=x21x2(x + \frac{1}{x})(x - \frac{1}{x}) = x^2 - \frac{1}{x^2}
x21x2=3×(5)=35x^2 - \frac{1}{x^2} = 3 \times (-\sqrt{5}) = -3\sqrt{5}
(4) x4+1x4x^4 + \frac{1}{x^4}
(x2+1x2)2=x4+2+1x4(x^2 + \frac{1}{x^2})^2 = x^4 + 2 + \frac{1}{x^4}
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
(5) x41x4x^4 - \frac{1}{x^4}
(x2+1x2)(x21x2)=x41x4(x^2 + \frac{1}{x^2})(x^2 - \frac{1}{x^2}) = x^4 - \frac{1}{x^4}
x41x4=7×(35)=215x^4 - \frac{1}{x^4} = 7 \times (-3\sqrt{5}) = -21\sqrt{5}

3. 最終的な答え

(1) 3
(2) 7
(3) 35-3\sqrt{5}
(4) 47
(5) 215-21\sqrt{5}

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