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

代数学式の計算有理化展開因数分解
2025/5/6

1. 問題の内容

x=3+131x = \frac{\sqrt{3}+1}{\sqrt{3}-1}y=313+1y = \frac{\sqrt{3}-1}{\sqrt{3}+1} のとき、次の式の値を求めます。
(1) x3y+xy3x^3y + xy^3
(2) 4x2+7xy+4y24x^2 + 7xy + 4y^2
(3) x3+y3x^3 + y^3

2. 解き方の手順

まず、xxyy を簡単にします。
x=3+131=(3+1)(3+1)(31)(3+1)=3+23+131=4+232=2+3x = \frac{\sqrt{3}+1}{\sqrt{3}-1} = \frac{(\sqrt{3}+1)(\sqrt{3}+1)}{(\sqrt{3}-1)(\sqrt{3}+1)} = \frac{3 + 2\sqrt{3} + 1}{3 - 1} = \frac{4 + 2\sqrt{3}}{2} = 2 + \sqrt{3}
y=313+1=(31)(31)(3+1)(31)=323+131=4232=23y = \frac{\sqrt{3}-1}{\sqrt{3}+1} = \frac{(\sqrt{3}-1)(\sqrt{3}-1)}{(\sqrt{3}+1)(\sqrt{3}-1)} = \frac{3 - 2\sqrt{3} + 1}{3 - 1} = \frac{4 - 2\sqrt{3}}{2} = 2 - \sqrt{3}
次に、x+yx+yxyxy を求めます。
x+y=(2+3)+(23)=4x+y = (2+\sqrt{3}) + (2-\sqrt{3}) = 4
xy=(2+3)(23)=43=1xy = (2+\sqrt{3})(2-\sqrt{3}) = 4 - 3 = 1
(1) x3y+xy3=xy(x2+y2)=xy((x+y)22xy)x^3y + xy^3 = xy(x^2 + y^2) = xy((x+y)^2 - 2xy)
x3y+xy3=1(422(1))=162=14x^3y + xy^3 = 1(4^2 - 2(1)) = 16 - 2 = 14
(2) 4x2+7xy+4y2=4(x2+y2)+7xy=4((x+y)22xy)+7xy=4(x+y)28xy+7xy=4(x+y)2xy4x^2 + 7xy + 4y^2 = 4(x^2 + y^2) + 7xy = 4((x+y)^2 - 2xy) + 7xy = 4(x+y)^2 - 8xy + 7xy = 4(x+y)^2 - xy
4x2+7xy+4y2=4(42)1=4(16)1=641=634x^2 + 7xy + 4y^2 = 4(4^2) - 1 = 4(16) - 1 = 64 - 1 = 63
(3) x3+y3=(x+y)(x2xy+y2)=(x+y)((x+y)23xy)x^3 + y^3 = (x+y)(x^2 - xy + y^2) = (x+y)((x+y)^2 - 3xy)
x3+y3=(4)(423(1))=4(163)=4(13)=52x^3 + y^3 = (4)(4^2 - 3(1)) = 4(16 - 3) = 4(13) = 52

3. 最終的な答え

(1) 1414
(2) 6363
(3) 5252

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