与えられた3つの式をそれぞれ簡単にします。 (1) $(\sqrt{3} + \sqrt{5} + \sqrt{7})(\sqrt{3} + \sqrt{5} - \sqrt{7})(\sqrt{3} - \sqrt{5} + \sqrt{7})(-\sqrt{3} + \sqrt{5} + \sqrt{7})$ (2) $\frac{1 + \sqrt{2} - \sqrt{3}}{1 + \sqrt{2} + \sqrt{3}} + \frac{1 - \sqrt{2} - \sqrt{3}}{1 - \sqrt{2} + \sqrt{3}}$ (3) $\sqrt{2 + \sqrt{3}} + \sqrt{2 - \sqrt{3}}$

代数学式の計算根号式の展開有理化
2025/5/19

1. 問題の内容

与えられた3つの式をそれぞれ簡単にします。
(1) (3+5+7)(3+57)(35+7)(3+5+7)(\sqrt{3} + \sqrt{5} + \sqrt{7})(\sqrt{3} + \sqrt{5} - \sqrt{7})(\sqrt{3} - \sqrt{5} + \sqrt{7})(-\sqrt{3} + \sqrt{5} + \sqrt{7})
(2) 1+231+2+3+12312+3\frac{1 + \sqrt{2} - \sqrt{3}}{1 + \sqrt{2} + \sqrt{3}} + \frac{1 - \sqrt{2} - \sqrt{3}}{1 - \sqrt{2} + \sqrt{3}}
(3) 2+3+23\sqrt{2 + \sqrt{3}} + \sqrt{2 - \sqrt{3}}

2. 解き方の手順

(1) まず、A=3+5A = \sqrt{3} + \sqrt{5} とおくと、
(3+5+7)(3+57)=(A+7)(A7)=A27=(3+5)27=3+215+57=1+215(\sqrt{3} + \sqrt{5} + \sqrt{7})(\sqrt{3} + \sqrt{5} - \sqrt{7}) = (A + \sqrt{7})(A - \sqrt{7}) = A^2 - 7 = (\sqrt{3} + \sqrt{5})^2 - 7 = 3 + 2\sqrt{15} + 5 - 7 = 1 + 2\sqrt{15}
次に、B=5+7B = \sqrt{5} + \sqrt{7} とおくと、
(35+7)(3+5+7)=(B3)(B+3)=B23=(5+7)23=5+235+73=9+235(\sqrt{3} - \sqrt{5} + \sqrt{7})(-\sqrt{3} + \sqrt{5} + \sqrt{7}) = (B - \sqrt{3})(B + \sqrt{3}) = B^2 - 3 = (\sqrt{5} + \sqrt{7})^2 - 3 = 5 + 2\sqrt{35} + 7 - 3 = 9 + 2\sqrt{35}
したがって、与えられた式は
(1+215)(9+235)=9+235+1815+4525=9+235+1815+42521=9+235+1815+4521=9+235+1815+2021(1 + 2\sqrt{15})(9 + 2\sqrt{35}) = 9 + 2\sqrt{35} + 18\sqrt{15} + 4\sqrt{525} = 9 + 2\sqrt{35} + 18\sqrt{15} + 4\sqrt{25 \cdot 21} = 9 + 2\sqrt{35} + 18\sqrt{15} + 4 \cdot 5 \sqrt{21} = 9 + 2\sqrt{35} + 18\sqrt{15} + 20\sqrt{21}
ここで、別の考え方として、
a=3,b=5,c=7a = \sqrt{3}, b = \sqrt{5}, c = \sqrt{7} とおくと、
(a+b+c)(a+bc)(ab+c)(a+b+c)=((a+b)2c2)((b+c)2a2)=(a2+2ab+b2c2)(b2+2bc+c2a2)=(3+215+57)(5+235+73)=(1+215)(9+235)=9+235+1815+4525=9+235+1815+2021(a+b+c)(a+b-c)(a-b+c)(-a+b+c) = ((a+b)^2 - c^2)((b+c)^2 - a^2) = (a^2+2ab+b^2 - c^2)(b^2+2bc+c^2 - a^2) = (3+2\sqrt{15}+5-7)(5+2\sqrt{35}+7-3) = (1+2\sqrt{15})(9+2\sqrt{35}) = 9+2\sqrt{35}+18\sqrt{15}+4\sqrt{525} = 9+2\sqrt{35}+18\sqrt{15}+20\sqrt{21}
より、答えは 9+235+1815+20219 + 2\sqrt{35} + 18\sqrt{15} + 20\sqrt{21}
(2)
1+231+2+3+12312+3\frac{1 + \sqrt{2} - \sqrt{3}}{1 + \sqrt{2} + \sqrt{3}} + \frac{1 - \sqrt{2} - \sqrt{3}}{1 - \sqrt{2} + \sqrt{3}}
=(1+23)(1+23)(1+2+3)(1+23)+(123)(123)(12+3)(123)= \frac{(1 + \sqrt{2} - \sqrt{3})(1 + \sqrt{2} - \sqrt{3})}{(1 + \sqrt{2} + \sqrt{3})(1 + \sqrt{2} - \sqrt{3})} + \frac{(1 - \sqrt{2} - \sqrt{3})(1 - \sqrt{2} - \sqrt{3})}{(1 - \sqrt{2} + \sqrt{3})(1 - \sqrt{2} - \sqrt{3})}
=(1+23)2(1+2)2(3)2+(123)2(12)2(3)2= \frac{(1 + \sqrt{2} - \sqrt{3})^2}{(1 + \sqrt{2})^2 - (\sqrt{3})^2} + \frac{(1 - \sqrt{2} - \sqrt{3})^2}{(1 - \sqrt{2})^2 - (\sqrt{3})^2}
=1+2+3+2223261+2+223+1+2+32223+261+2223= \frac{1 + 2 + 3 + 2\sqrt{2} - 2\sqrt{3} - 2\sqrt{6}}{1 + 2 + 2\sqrt{2} - 3} + \frac{1 + 2 + 3 - 2\sqrt{2} - 2\sqrt{3} + 2\sqrt{6}}{1 + 2 - 2\sqrt{2} - 3}
=6+22232622+62223+2622= \frac{6 + 2\sqrt{2} - 2\sqrt{3} - 2\sqrt{6}}{2\sqrt{2}} + \frac{6 - 2\sqrt{2} - 2\sqrt{3} + 2\sqrt{6}}{-2\sqrt{2}}
=6+2223262262223+2622= \frac{6 + 2\sqrt{2} - 2\sqrt{3} - 2\sqrt{6}}{2\sqrt{2}} - \frac{6 - 2\sqrt{2} - 2\sqrt{3} + 2\sqrt{6}}{2\sqrt{2}}
=(6+222326)(62223+26)22= \frac{(6 + 2\sqrt{2} - 2\sqrt{3} - 2\sqrt{6}) - (6 - 2\sqrt{2} - 2\sqrt{3} + 2\sqrt{6})}{2\sqrt{2}}
=424622=223= \frac{4\sqrt{2} - 4\sqrt{6}}{2\sqrt{2}} = 2 - 2\sqrt{3}
(3)
x=2+3+23x = \sqrt{2 + \sqrt{3}} + \sqrt{2 - \sqrt{3}} とおくと、
x2=(2+3+23)2=(2+3)+2(2+3)(23)+(23)=4+243=4+2=6x^2 = (\sqrt{2 + \sqrt{3}} + \sqrt{2 - \sqrt{3}})^2 = (2 + \sqrt{3}) + 2\sqrt{(2 + \sqrt{3})(2 - \sqrt{3})} + (2 - \sqrt{3}) = 4 + 2\sqrt{4 - 3} = 4 + 2 = 6
x>0x > 0 なので、x=6x = \sqrt{6}

3. 最終的な答え

(1) 9+235+1815+20219 + 2\sqrt{35} + 18\sqrt{15} + 20\sqrt{21}
(2) 2232 - 2\sqrt{3}
(3) 6\sqrt{6}

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