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

代数学式の計算無理数分数
2025/5/17

1. 問題の内容

x=23x = 2 - \sqrt{3} のとき、以下の式の値を求める問題です。
(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}
(5) x5+1x5x^5 + \frac{1}{x^5}

2. 解き方の手順

まず、xx の逆数 1x\frac{1}{x} を求めます。
1x=123=2+3(23)(2+3)=2+343=2+3\frac{1}{x} = \frac{1}{2 - \sqrt{3}} = \frac{2 + \sqrt{3}}{(2 - \sqrt{3})(2 + \sqrt{3})} = \frac{2 + \sqrt{3}}{4 - 3} = 2 + \sqrt{3}
(1) x+1xx + \frac{1}{x}
x+1x=(23)+(2+3)=4x + \frac{1}{x} = (2 - \sqrt{3}) + (2 + \sqrt{3}) = 4
(2) x2+1x2x^2 + \frac{1}{x^2}
(x+1x)2=x2+2+1x2(x + \frac{1}{x})^2 = x^2 + 2 + \frac{1}{x^2}
x2+1x2=(x+1x)22=422=162=14x^2 + \frac{1}{x^2} = (x + \frac{1}{x})^2 - 2 = 4^2 - 2 = 16 - 2 = 14
(3) x3+1x3x^3 + \frac{1}{x^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)=433(4)=6412=52x^3 + \frac{1}{x^3} = (x + \frac{1}{x})^3 - 3(x + \frac{1}{x}) = 4^3 - 3(4) = 64 - 12 = 52
(4) x4+1x4x^4 + \frac{1}{x^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=1422=1962=194x^4 + \frac{1}{x^4} = (x^2 + \frac{1}{x^2})^2 - 2 = 14^2 - 2 = 196 - 2 = 194
(5) x5+1x5x^5 + \frac{1}{x^5}
(x2+1x2)(x3+1x3)=x5+x2x3+x3x2+1x5=x5+1x+x+1x5=x5+1x5+(x+1x)(x^2 + \frac{1}{x^2})(x^3 + \frac{1}{x^3}) = x^5 + \frac{x^2}{x^3} + \frac{x^3}{x^2} + \frac{1}{x^5} = x^5 + \frac{1}{x} + x + \frac{1}{x^5} = x^5 + \frac{1}{x^5} + (x + \frac{1}{x})
x5+1x5=(x2+1x2)(x3+1x3)(x+1x)=(14)(52)4=7284=724x^5 + \frac{1}{x^5} = (x^2 + \frac{1}{x^2})(x^3 + \frac{1}{x^3}) - (x + \frac{1}{x}) = (14)(52) - 4 = 728 - 4 = 724

3. 最終的な答え

(1) x+1x=4x + \frac{1}{x} = 4
(2) x2+1x2=14x^2 + \frac{1}{x^2} = 14
(3) x3+1x3=52x^3 + \frac{1}{x^3} = 52
(4) x4+1x4=194x^4 + \frac{1}{x^4} = 194
(5) x5+1x5=724x^5 + \frac{1}{x^5} = 724

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