$x = \frac{2}{\sqrt{5}-1}$, $y = \frac{2}{\sqrt{5}+1}$ のとき、以下の式の値を求める問題です。 (1) $x+y$ (2) $x^2+y^2$ (3) $\frac{y}{x}+\frac{x}{y}$ (4) $x^3+y^3$ (5) $x^4+y^4$ (6) $x^5+y^5$

代数学式の計算有理化展開因数分解平方根
2025/5/13

1. 問題の内容

x=251x = \frac{2}{\sqrt{5}-1}, y=25+1y = \frac{2}{\sqrt{5}+1} のとき、以下の式の値を求める問題です。
(1) x+yx+y
(2) x2+y2x^2+y^2
(3) yx+xy\frac{y}{x}+\frac{x}{y}
(4) x3+y3x^3+y^3
(5) x4+y4x^4+y^4
(6) x5+y5x^5+y^5

2. 解き方の手順

まず、xxyyをそれぞれ有理化します。
x=251=2(5+1)(51)(5+1)=2(5+1)51=2(5+1)4=5+12x = \frac{2}{\sqrt{5}-1} = \frac{2(\sqrt{5}+1)}{(\sqrt{5}-1)(\sqrt{5}+1)} = \frac{2(\sqrt{5}+1)}{5-1} = \frac{2(\sqrt{5}+1)}{4} = \frac{\sqrt{5}+1}{2}
y=25+1=2(51)(5+1)(51)=2(51)51=2(51)4=512y = \frac{2}{\sqrt{5}+1} = \frac{2(\sqrt{5}-1)}{(\sqrt{5}+1)(\sqrt{5}-1)} = \frac{2(\sqrt{5}-1)}{5-1} = \frac{2(\sqrt{5}-1)}{4} = \frac{\sqrt{5}-1}{2}
(1) x+y=5+12+512=252=5x+y = \frac{\sqrt{5}+1}{2} + \frac{\sqrt{5}-1}{2} = \frac{2\sqrt{5}}{2} = \sqrt{5}
(2) x2+y2=(x+y)22xyx^2+y^2 = (x+y)^2 - 2xy
xy=5+12512=514=44=1xy = \frac{\sqrt{5}+1}{2} \cdot \frac{\sqrt{5}-1}{2} = \frac{5-1}{4} = \frac{4}{4} = 1
x2+y2=(5)22(1)=52=3x^2+y^2 = (\sqrt{5})^2 - 2(1) = 5 - 2 = 3
(3) yx+xy=y2+x2xy=x2+y2xy=31=3\frac{y}{x}+\frac{x}{y} = \frac{y^2+x^2}{xy} = \frac{x^2+y^2}{xy} = \frac{3}{1} = 3
(4) x3+y3=(x+y)(x2xy+y2)=(x+y)((x+y)23xy)=5((5)23(1))=5(53)=25x^3+y^3 = (x+y)(x^2-xy+y^2) = (x+y)((x+y)^2-3xy) = \sqrt{5}((\sqrt{5})^2-3(1)) = \sqrt{5}(5-3) = 2\sqrt{5}
(5) x4+y4=(x2+y2)22x2y2=(3)22(1)2=92=7x^4+y^4 = (x^2+y^2)^2 - 2x^2y^2 = (3)^2 - 2(1)^2 = 9 - 2 = 7
(6) x5+y5=(x2+y2)(x3+y3)x2y2(x+y)=(3)(25)(1)2(5)=655=55x^5+y^5 = (x^2+y^2)(x^3+y^3) - x^2y^2(x+y) = (3)(2\sqrt{5}) - (1)^2(\sqrt{5}) = 6\sqrt{5} - \sqrt{5} = 5\sqrt{5}

3. 最終的な答え

(1) 5\sqrt{5}
(2) 33
(3) 33
(4) 252\sqrt{5}
(5) 77
(6) 555\sqrt{5}

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