3次方程式 $x^3 - 3x^2 - 2x + 7 = 0$ の3つの解を $\alpha, \beta, \gamma$ とするとき、以下の式の値を求めよ。 (1) $\frac{1}{\alpha} + \frac{1}{\beta} + \frac{1}{\gamma}$ (2) $\alpha^2 + \beta^2 + \gamma^2$ (3) $\alpha^3 + \beta^3 + \gamma^3$ (4) $(1-\alpha)(1-\beta)(1-\gamma)$ (5) $(\alpha+\beta)(\beta+\gamma)(\gamma+\alpha)$

代数学三次方程式解と係数の関係対称式
2025/5/27

1. 問題の内容

3次方程式 x33x22x+7=0x^3 - 3x^2 - 2x + 7 = 0 の3つの解を α,β,γ\alpha, \beta, \gamma とするとき、以下の式の値を求めよ。
(1) 1α+1β+1γ\frac{1}{\alpha} + \frac{1}{\beta} + \frac{1}{\gamma}
(2) α2+β2+γ2\alpha^2 + \beta^2 + \gamma^2
(3) α3+β3+γ3\alpha^3 + \beta^3 + \gamma^3
(4) (1α)(1β)(1γ)(1-\alpha)(1-\beta)(1-\gamma)
(5) (α+β)(β+γ)(γ+α)(\alpha+\beta)(\beta+\gamma)(\gamma+\alpha)

2. 解き方の手順

3次方程式の解と係数の関係より、
α+β+γ=3\alpha + \beta + \gamma = 3
αβ+βγ+γα=2\alpha\beta + \beta\gamma + \gamma\alpha = -2
αβγ=7\alpha\beta\gamma = -7
(1)
1α+1β+1γ=αβ+βγ+γααβγ=27=27\frac{1}{\alpha} + \frac{1}{\beta} + \frac{1}{\gamma} = \frac{\alpha\beta + \beta\gamma + \gamma\alpha}{\alpha\beta\gamma} = \frac{-2}{-7} = \frac{2}{7}
(2)
α2+β2+γ2=(α+β+γ)22(αβ+βγ+γα)=322(2)=9+4=13\alpha^2 + \beta^2 + \gamma^2 = (\alpha+\beta+\gamma)^2 - 2(\alpha\beta + \beta\gamma + \gamma\alpha) = 3^2 - 2(-2) = 9 + 4 = 13
(3)
α3+β3+γ33αβγ=(α+β+γ)(α2+β2+γ2αββγγα)\alpha^3 + \beta^3 + \gamma^3 - 3\alpha\beta\gamma = (\alpha+\beta+\gamma)(\alpha^2 + \beta^2 + \gamma^2 - \alpha\beta - \beta\gamma - \gamma\alpha)
α3+β3+γ3=(α+β+γ)(α2+β2+γ2αββγγα)+3αβγ\alpha^3 + \beta^3 + \gamma^3 = (\alpha+\beta+\gamma)(\alpha^2 + \beta^2 + \gamma^2 - \alpha\beta - \beta\gamma - \gamma\alpha) + 3\alpha\beta\gamma
α3+β3+γ3=(α+β+γ)[(α+β+γ)23(αβ+βγ+γα)]+3αβγ\alpha^3 + \beta^3 + \gamma^3 = (\alpha+\beta+\gamma)[(\alpha+\beta+\gamma)^2 - 3(\alpha\beta+\beta\gamma+\gamma\alpha)] + 3\alpha\beta\gamma
α3+β3+γ3=3[323(2)]+3(7)=3(9+6)21=4521=24\alpha^3 + \beta^3 + \gamma^3 = 3[3^2 - 3(-2)] + 3(-7) = 3(9+6) - 21 = 45 - 21 = 24
または、α,β,γ\alpha, \beta, \gammax3=3x2+2x7x^3 = 3x^2 + 2x - 7 の解なので、
α3=3α2+2α7\alpha^3 = 3\alpha^2 + 2\alpha - 7
β3=3β2+2β7\beta^3 = 3\beta^2 + 2\beta - 7
γ3=3γ2+2γ7\gamma^3 = 3\gamma^2 + 2\gamma - 7
α3+β3+γ3=3(α2+β2+γ2)+2(α+β+γ)21=3(13)+2(3)21=39+621=24\alpha^3 + \beta^3 + \gamma^3 = 3(\alpha^2+\beta^2+\gamma^2) + 2(\alpha+\beta+\gamma) - 21 = 3(13) + 2(3) - 21 = 39 + 6 - 21 = 24
(4)
(1α)(1β)(1γ)=1(α+β+γ)+(αβ+βγ+γα)αβγ=132(7)=132+7=3(1-\alpha)(1-\beta)(1-\gamma) = 1 - (\alpha+\beta+\gamma) + (\alpha\beta + \beta\gamma + \gamma\alpha) - \alpha\beta\gamma = 1 - 3 - 2 - (-7) = 1 - 3 - 2 + 7 = 3
(5)
(α+β)(β+γ)(γ+α)=(3γ)(3α)(3β)=279(α+β+γ)+3(αβ+βγ+γα)αβγ=279(3)+3(2)(7)=27276+7=1(\alpha+\beta)(\beta+\gamma)(\gamma+\alpha) = (3-\gamma)(3-\alpha)(3-\beta) = 27 - 9(\alpha+\beta+\gamma) + 3(\alpha\beta+\beta\gamma+\gamma\alpha) - \alpha\beta\gamma = 27 - 9(3) + 3(-2) - (-7) = 27 - 27 - 6 + 7 = 1

3. 最終的な答え

(1) 27\frac{2}{7}
(2) 1313
(3) 2424
(4) 33
(5) 11

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