$x = \sqrt{2} - 1$ のとき、次の式の値を求めよ。 (1) $x + \frac{1}{x}$ (2) $x^2 + \frac{1}{x^2}$ (3) $x^3 + \frac{1}{x^3}$ (4) $x^4 + \frac{1}{x^4}$ (5) $x^5 + \frac{1}{x^5}$

代数学式の計算無理数の計算代数
2025/5/21

1. 問題の内容

x=21x = \sqrt{2} - 1 のとき、次の式の値を求めよ。
(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}
(5) x5+1x5x^5 + \frac{1}{x^5}

2. 解き方の手順

まず、1x\frac{1}{x} 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) 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) x3+1x3=(x+1x)33(x+1x)=(22)33(22)=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}) = 16\sqrt{2} - 6\sqrt{2} = 10\sqrt{2}
(4) x4+1x4=(x2+1x2)22=(6)22=362=34x^4 + \frac{1}{x^4} = (x^2 + \frac{1}{x^2})^2 - 2 = (6)^2 - 2 = 36 - 2 = 34
(5) x5+1x5=(x2+1x2)(x3+1x3)(x+1x)=(6)(102)22=60222=582x^5 + \frac{1}{x^5} = (x^2 + \frac{1}{x^2})(x^3 + \frac{1}{x^3}) - (x + \frac{1}{x}) = (6)(10\sqrt{2}) - 2\sqrt{2} = 60\sqrt{2} - 2\sqrt{2} = 58\sqrt{2}

3. 最終的な答え

(1) 222\sqrt{2}
(2) 66
(3) 10210\sqrt{2}
(4) 3434
(5) 58258\sqrt{2}

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