$x = \frac{2}{\sqrt{7} + \sqrt{3}}$、$y = \frac{2}{\sqrt{7} - \sqrt{3}}$ のとき、以下の式の値を求めよ。 (1) $x+y$、$xy$ (2) $x^2 + y^2$ (3) $x^3 + y^3$ (4) $x^4 + y^4$ (5) $x^5 + y^5$

代数学式の計算有理化対称式
2025/5/6

1. 問題の内容

x=27+3x = \frac{2}{\sqrt{7} + \sqrt{3}}y=273y = \frac{2}{\sqrt{7} - \sqrt{3}} のとき、以下の式の値を求めよ。
(1) x+yx+yxyxy
(2) x2+y2x^2 + y^2
(3) x3+y3x^3 + y^3
(4) x4+y4x^4 + y^4
(5) x5+y5x^5 + y^5

2. 解き方の手順

まず、xxyy をそれぞれ有理化する。
x=27+3=2(73)(7+3)(73)=2(73)73=2(73)4=732x = \frac{2}{\sqrt{7} + \sqrt{3}} = \frac{2(\sqrt{7} - \sqrt{3})}{(\sqrt{7} + \sqrt{3})(\sqrt{7} - \sqrt{3})} = \frac{2(\sqrt{7} - \sqrt{3})}{7 - 3} = \frac{2(\sqrt{7} - \sqrt{3})}{4} = \frac{\sqrt{7} - \sqrt{3}}{2}
y=273=2(7+3)(73)(7+3)=2(7+3)73=2(7+3)4=7+32y = \frac{2}{\sqrt{7} - \sqrt{3}} = \frac{2(\sqrt{7} + \sqrt{3})}{(\sqrt{7} - \sqrt{3})(\sqrt{7} + \sqrt{3})} = \frac{2(\sqrt{7} + \sqrt{3})}{7 - 3} = \frac{2(\sqrt{7} + \sqrt{3})}{4} = \frac{\sqrt{7} + \sqrt{3}}{2}
(1)
x+y=732+7+32=272=7x + y = \frac{\sqrt{7} - \sqrt{3}}{2} + \frac{\sqrt{7} + \sqrt{3}}{2} = \frac{2\sqrt{7}}{2} = \sqrt{7}
xy=7327+32=734=44=1xy = \frac{\sqrt{7} - \sqrt{3}}{2} \cdot \frac{\sqrt{7} + \sqrt{3}}{2} = \frac{7 - 3}{4} = \frac{4}{4} = 1
(2)
x2+y2=(x+y)22xy=(7)22(1)=72=5x^2 + y^2 = (x+y)^2 - 2xy = (\sqrt{7})^2 - 2(1) = 7 - 2 = 5
(3)
x3+y3=(x+y)(x2xy+y2)=(x+y)((x+y)23xy)=7((7)23(1))=7(73)=47x^3 + y^3 = (x+y)(x^2 - xy + y^2) = (x+y)((x+y)^2 - 3xy) = \sqrt{7}((\sqrt{7})^2 - 3(1)) = \sqrt{7}(7 - 3) = 4\sqrt{7}
(4)
x4+y4=(x2+y2)22(xy)2=(5)22(1)2=252=23x^4 + y^4 = (x^2 + y^2)^2 - 2(xy)^2 = (5)^2 - 2(1)^2 = 25 - 2 = 23
(5)
x5+y5=(x2+y2)(x3+y3)x2y2(x+y)=(5)(47)(1)2(7)=2077=197x^5 + y^5 = (x^2+y^2)(x^3+y^3) - x^2y^2(x+y) = (5)(4\sqrt{7}) - (1)^2(\sqrt{7}) = 20\sqrt{7} - \sqrt{7} = 19\sqrt{7}

3. 最終的な答え

(1) x+y=7x+y = \sqrt{7}xy=1xy = 1
(2) x2+y2=5x^2 + y^2 = 5
(3) x3+y3=47x^3 + y^3 = 4\sqrt{7}
(4) x4+y4=23x^4 + y^4 = 23
(5) x5+y5=197x^5 + y^5 = 19\sqrt{7}

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