2次方程式 $2x^2 - 4x + 1 = 0$ の2つの解を $\alpha$, $\beta$ とするとき、以下の式の値を求めます。 (1) $\alpha^2 + \alpha\beta + \beta^2$ (2) $\frac{\beta}{\alpha - 2} + \frac{\alpha}{\beta - 2}$ (3) $\alpha^4 + \beta^4$

代数学二次方程式解と係数の関係式の計算
2025/5/19

1. 問題の内容

2次方程式 2x24x+1=02x^2 - 4x + 1 = 0 の2つの解を α\alpha, β\beta とするとき、以下の式の値を求めます。
(1) α2+αβ+β2\alpha^2 + \alpha\beta + \beta^2
(2) βα2+αβ2\frac{\beta}{\alpha - 2} + \frac{\alpha}{\beta - 2}
(3) α4+β4\alpha^4 + \beta^4

2. 解き方の手順

まず、解と係数の関係から、
α+β=42=2\alpha + \beta = -\frac{-4}{2} = 2
αβ=12\alpha \beta = \frac{1}{2}
が得られます。
(1) α2+αβ+β2=(α+β)2αβ\alpha^2 + \alpha\beta + \beta^2 = (\alpha + \beta)^2 - \alpha\beta
=(2)212=412=72= (2)^2 - \frac{1}{2} = 4 - \frac{1}{2} = \frac{7}{2}
(2) βα2+αβ2=β(β2)+α(α2)(α2)(β2)\frac{\beta}{\alpha - 2} + \frac{\alpha}{\beta - 2} = \frac{\beta(\beta - 2) + \alpha(\alpha - 2)}{(\alpha - 2)(\beta - 2)}
=β22β+α22ααβ2(α+β)+4= \frac{\beta^2 - 2\beta + \alpha^2 - 2\alpha}{\alpha\beta - 2(\alpha + \beta) + 4}
=α2+β22(α+β)αβ2(α+β)+4= \frac{\alpha^2 + \beta^2 - 2(\alpha + \beta)}{\alpha\beta - 2(\alpha + \beta) + 4}
=(α+β)22αβ2(α+β)αβ2(α+β)+4= \frac{(\alpha + \beta)^2 - 2\alpha\beta - 2(\alpha + \beta)}{\alpha\beta - 2(\alpha + \beta) + 4}
=(2)22(12)2(2)122(2)+4= \frac{(2)^2 - 2(\frac{1}{2}) - 2(2)}{\frac{1}{2} - 2(2) + 4}
=414124+4=112=2= \frac{4 - 1 - 4}{\frac{1}{2} - 4 + 4} = \frac{-1}{\frac{1}{2}} = -2
(3) α4+β4=(α2+β2)22(αβ)2\alpha^4 + \beta^4 = (\alpha^2 + \beta^2)^2 - 2(\alpha\beta)^2
α2+β2=(α+β)22αβ=(2)22(12)=41=3\alpha^2 + \beta^2 = (\alpha + \beta)^2 - 2\alpha\beta = (2)^2 - 2(\frac{1}{2}) = 4 - 1 = 3
α4+β4=(3)22(12)2=92(14)=912=172\alpha^4 + \beta^4 = (3)^2 - 2(\frac{1}{2})^2 = 9 - 2(\frac{1}{4}) = 9 - \frac{1}{2} = \frac{17}{2}

3. 最終的な答え

(1) 72\frac{7}{2}
(2) 2-2
(3) 172\frac{17}{2}

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