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

代数学式の計算有理化平方根展開因数分解
2025/5/6

1. 問題の内容

x=535+3x = \frac{\sqrt{5}-\sqrt{3}}{\sqrt{5}+\sqrt{3}}, y=5+353y = \frac{\sqrt{5}+\sqrt{3}}{\sqrt{5}-\sqrt{3}} のとき、次の式の値を求めよ。
(1) x2+y2x^2+y^2
(2) x3y+xy3x^3y+xy^3
(3) xy+yx\frac{x}{y}+\frac{y}{x}

2. 解き方の手順

まず、xxyyの分母を有理化する。
x=535+3=(53)(53)(5+3)(53)=5215+353=82152=415x = \frac{\sqrt{5}-\sqrt{3}}{\sqrt{5}+\sqrt{3}} = \frac{(\sqrt{5}-\sqrt{3})(\sqrt{5}-\sqrt{3})}{(\sqrt{5}+\sqrt{3})(\sqrt{5}-\sqrt{3})} = \frac{5-2\sqrt{15}+3}{5-3} = \frac{8-2\sqrt{15}}{2} = 4-\sqrt{15}
y=5+353=(5+3)(5+3)(53)(5+3)=5+215+353=8+2152=4+15y = \frac{\sqrt{5}+\sqrt{3}}{\sqrt{5}-\sqrt{3}} = \frac{(\sqrt{5}+\sqrt{3})(\sqrt{5}+\sqrt{3})}{(\sqrt{5}-\sqrt{3})(\sqrt{5}+\sqrt{3})} = \frac{5+2\sqrt{15}+3}{5-3} = \frac{8+2\sqrt{15}}{2} = 4+\sqrt{15}
x+y=(415)+(4+15)=8x+y = (4-\sqrt{15}) + (4+\sqrt{15}) = 8
xy=(415)(4+15)=1615=1xy = (4-\sqrt{15})(4+\sqrt{15}) = 16 - 15 = 1
(1) x2+y2=(x+y)22xy=822(1)=642=62x^2+y^2 = (x+y)^2 - 2xy = 8^2 - 2(1) = 64 - 2 = 62
(2) x3y+xy3=xy(x2+y2)=xy((x+y)22xy)=1(822(1))=642=62x^3y+xy^3 = xy(x^2+y^2) = xy((x+y)^2 - 2xy) = 1(8^2 - 2(1)) = 64 - 2 = 62
(3) xy+yx=x2+y2xy=621=62\frac{x}{y}+\frac{y}{x} = \frac{x^2+y^2}{xy} = \frac{62}{1} = 62

3. 最終的な答え

(1) 62
(2) 62
(3) 62

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