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

代数学式の計算無理数有理化展開因数分解
2025/5/13

1. 問題の内容

x=21x = \sqrt{2} - 1 のとき、以下の式の値を求めよ。
(1) x+1xx + \frac{1}{x}
(2) x2+1x2x^2 + \frac{1}{x^2}
(3) x3+1x3x^3 + \frac{1}{x^3}
(4) x4+1x4x^4 + \frac{1}{x^4}

2. 解き方の手順

まず、1x\frac{1}{x} の値を求める。
1x=121=2+1(21)(2+1)=2+121=2+1\frac{1}{x} = \frac{1}{\sqrt{2} - 1} = \frac{\sqrt{2} + 1}{(\sqrt{2} - 1)(\sqrt{2} + 1)} = \frac{\sqrt{2} + 1}{2 - 1} = \sqrt{2} + 1
(1) x+1x=(21)+(2+1)=22x + \frac{1}{x} = (\sqrt{2} - 1) + (\sqrt{2} + 1) = 2\sqrt{2}
(2) (x+1x)2=x2+2+1x2(x + \frac{1}{x})^2 = x^2 + 2 + \frac{1}{x^2}
x2+1x2=(x+1x)22=(22)22=82=6x^2 + \frac{1}{x^2} = (x + \frac{1}{x})^2 - 2 = (2\sqrt{2})^2 - 2 = 8 - 2 = 6
(3) (x+1x)3=x3+3x21x+3x1x2+1x3=x3+3x+3x+1x3=x3+1x3+3(x+1x)(x + \frac{1}{x})^3 = x^3 + 3x^2\frac{1}{x} + 3x\frac{1}{x^2} + \frac{1}{x^3} = x^3 + 3x + \frac{3}{x} + \frac{1}{x^3} = x^3 + \frac{1}{x^3} + 3(x + \frac{1}{x})
x3+1x3=(x+1x)33(x+1x)=(22)33(22)=8(22)62=16262=102x^3 + \frac{1}{x^3} = (x + \frac{1}{x})^3 - 3(x + \frac{1}{x}) = (2\sqrt{2})^3 - 3(2\sqrt{2}) = 8(2\sqrt{2}) - 6\sqrt{2} = 16\sqrt{2} - 6\sqrt{2} = 10\sqrt{2}
(4) (x2+1x2)2=x4+2+1x4(x^2 + \frac{1}{x^2})^2 = x^4 + 2 + \frac{1}{x^4}
x4+1x4=(x2+1x2)22=622=362=34x^4 + \frac{1}{x^4} = (x^2 + \frac{1}{x^2})^2 - 2 = 6^2 - 2 = 36 - 2 = 34

3. 最終的な答え

(1) 222\sqrt{2}
(2) 66
(3) 10210\sqrt{2}
(4) 3434

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