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

1. 問題の内容

$x = \frac{1}{\sqrt{2}+1}$, $y = \frac{1}{\sqrt{2}-1}$ のとき、次の式の値を求めよ。

(1) $x+y$, $xy$

(2) $x^2 + y^2$

(3) $x^2y + xy^2$

2. 解き方の手順

(1) $x+y$ と $xy$ を求める。

まず、$x$と$y$をそれぞれ有理化する。

$x = \frac{1}{\sqrt{2}+1} = \frac{\sqrt{2}-1}{(\sqrt{2}+1)(\sqrt{2}-1)} = \frac{\sqrt{2}-1}{2-1} = \sqrt{2}-1$

$y = \frac{1}{\sqrt{2}-1} = \frac{\sqrt{2}+1}{(\sqrt{2}-1)(\sqrt{2}+1)} = \frac{\sqrt{2}+1}{2-1} = \sqrt{2}+1$

したがって、

$x + y = (\sqrt{2}-1) + (\sqrt{2}+1) = 2\sqrt{2}$

$xy = (\sqrt{2}-1)(\sqrt{2}+1) = 2 - 1 = 1$

(2) $x^2 + y^2$ を求める。

$x^2 + y^2 = (x+y)^2 - 2xy$ を利用する。

$x^2 + y^2 = (2\sqrt{2})^2 - 2(1) = 8 - 2 = 6$

(3) $x^2y + xy^2$ を求める。

$x^2y + xy^2 = xy(x+y)$ を利用する。

$x^2y + xy^2 = (1)(2\sqrt{2}) = 2\sqrt{2}$

3. 最終的な答え

(1) $x+y = 2\sqrt{2}$, $xy = 1$

(2) $x^2 + y^2 = 6$

(3) $x^2y + xy^2 = 2\sqrt{2}$