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

代数学式の計算有理化展開因数分解
2025/5/10

1. 問題の内容

x=5+252x = \frac{\sqrt{5}+2}{\sqrt{5}-2}, y=525+2y = \frac{\sqrt{5}-2}{\sqrt{5}+2} のとき、以下の値を求めよ。
(1) x+yx+y
(2) xyxy
(3) x2y+xy2x^2y + xy^2
(4) x2+y2x^2 + y^2
(5) x3+y3x^3 + y^3

2. 解き方の手順

まず、xxyyをそれぞれ有理化する。
x=5+252=(5+2)(5+2)(52)(5+2)=5+45+454=9+45x = \frac{\sqrt{5}+2}{\sqrt{5}-2} = \frac{(\sqrt{5}+2)(\sqrt{5}+2)}{(\sqrt{5}-2)(\sqrt{5}+2)} = \frac{5 + 4\sqrt{5} + 4}{5-4} = 9+4\sqrt{5}
y=525+2=(52)(52)(5+2)(52)=545+454=945y = \frac{\sqrt{5}-2}{\sqrt{5}+2} = \frac{(\sqrt{5}-2)(\sqrt{5}-2)}{(\sqrt{5}+2)(\sqrt{5}-2)} = \frac{5 - 4\sqrt{5} + 4}{5-4} = 9-4\sqrt{5}
(1) x+y=(9+45)+(945)=18x+y = (9+4\sqrt{5}) + (9-4\sqrt{5}) = 18
(2) xy=(9+45)(945)=81(16×5)=8180=1xy = (9+4\sqrt{5})(9-4\sqrt{5}) = 81 - (16 \times 5) = 81 - 80 = 1
(3) x2y+xy2=xy(x+y)=1×18=18x^2y + xy^2 = xy(x+y) = 1 \times 18 = 18
(4) x2+y2=(x+y)22xy=(18)22(1)=3242=322x^2 + y^2 = (x+y)^2 - 2xy = (18)^2 - 2(1) = 324 - 2 = 322
(5) x3+y3=(x+y)(x2xy+y2)=(x+y)((x+y)23xy)=18(1823×1)=18(3243)=18×321=5778x^3 + y^3 = (x+y)(x^2 - xy + y^2) = (x+y)((x+y)^2 - 3xy) = 18(18^2 - 3 \times 1) = 18(324 - 3) = 18 \times 321 = 5778

3. 最終的な答え

(1) x+y=18x+y = 18
(2) xy=1xy = 1
(3) x2y+xy2=18x^2y + xy^2 = 18
(4) x2+y2=322x^2 + y^2 = 322
(5) x3+y3=5778x^3 + y^3 = 5778

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