$\alpha = \frac{1}{\sqrt{5}-2}$、$\beta = \frac{1}{\sqrt{5}+2}$ のとき、以下の値をそれぞれ求めます。 (1) $\alpha^2 + \beta^2$ (2) $\alpha^3 + \beta^3$ (3) $\frac{\beta}{\alpha} + \frac{\alpha}{\beta}$

代数学式の計算無理数対称式展開
2025/3/17

1. 問題の内容

α=152\alpha = \frac{1}{\sqrt{5}-2}β=15+2\beta = \frac{1}{\sqrt{5}+2} のとき、以下の値をそれぞれ求めます。
(1) α2+β2\alpha^2 + \beta^2
(2) α3+β3\alpha^3 + \beta^3
(3) βα+αβ\frac{\beta}{\alpha} + \frac{\alpha}{\beta}

2. 解き方の手順

まず、α\alphaβ\betaを簡単にします。
α=152=5+2(52)(5+2)=5+254=5+2\alpha = \frac{1}{\sqrt{5}-2} = \frac{\sqrt{5}+2}{(\sqrt{5}-2)(\sqrt{5}+2)} = \frac{\sqrt{5}+2}{5-4} = \sqrt{5}+2
β=15+2=52(5+2)(52)=5254=52\beta = \frac{1}{\sqrt{5}+2} = \frac{\sqrt{5}-2}{(\sqrt{5}+2)(\sqrt{5}-2)} = \frac{\sqrt{5}-2}{5-4} = \sqrt{5}-2
(1) α2+β2\alpha^2 + \beta^2 を計算します。
α2+β2=(α+β)22αβ\alpha^2 + \beta^2 = (\alpha+\beta)^2 - 2\alpha\beta
α+β=(5+2)+(52)=25\alpha + \beta = (\sqrt{5}+2) + (\sqrt{5}-2) = 2\sqrt{5}
αβ=(5+2)(52)=54=1\alpha\beta = (\sqrt{5}+2)(\sqrt{5}-2) = 5-4 = 1
よって、
α2+β2=(25)22(1)=4(5)2=202=18\alpha^2 + \beta^2 = (2\sqrt{5})^2 - 2(1) = 4(5) - 2 = 20 - 2 = 18
(2) α3+β3\alpha^3 + \beta^3 を計算します。
α3+β3=(α+β)(α2αβ+β2)=(α+β)((α+β)23αβ)\alpha^3 + \beta^3 = (\alpha+\beta)(\alpha^2 - \alpha\beta + \beta^2) = (\alpha+\beta)((\alpha+\beta)^2 - 3\alpha\beta)
α+β=25\alpha + \beta = 2\sqrt{5}αβ=1\alpha\beta = 1 より、
α3+β3=(25)((25)23(1))=(25)(203)=(25)(17)=345\alpha^3 + \beta^3 = (2\sqrt{5})((2\sqrt{5})^2 - 3(1)) = (2\sqrt{5})(20-3) = (2\sqrt{5})(17) = 34\sqrt{5}
(3) βα+αβ\frac{\beta}{\alpha} + \frac{\alpha}{\beta} を計算します。
βα+αβ=β2+α2αβ\frac{\beta}{\alpha} + \frac{\alpha}{\beta} = \frac{\beta^2 + \alpha^2}{\alpha\beta}
α2+β2=18\alpha^2 + \beta^2 = 18αβ=1\alpha\beta = 1 より、
βα+αβ=181=18\frac{\beta}{\alpha} + \frac{\alpha}{\beta} = \frac{18}{1} = 18

3. 最終的な答え

(1) α2+β2=18\alpha^2 + \beta^2 = 18
(2) α3+β3=345\alpha^3 + \beta^3 = 34\sqrt{5}
(3) βα+αβ=18\frac{\beta}{\alpha} + \frac{\alpha}{\beta} = 18

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