$x = \frac{1}{\sqrt{2}+1}$、 $y = \frac{1}{\sqrt{2}-1}$ のとき、以下の式の値を求めます。 (1) $x^2 + y^2$ (2) $x^3 + y^3$ (3) $x^3y - x^2y^2 + xy^3$

代数学式の計算有理化展開因数分解
2025/6/3

1. 問題の内容

x=12+1x = \frac{1}{\sqrt{2}+1}y=121y = \frac{1}{\sqrt{2}-1} のとき、以下の式の値を求めます。
(1) x2+y2x^2 + y^2
(2) x3+y3x^3 + y^3
(3) x3yx2y2+xy3x^3y - x^2y^2 + xy^3

2. 解き方の手順

まず、xxyy を簡単にします。
x=12+1=12+1×2121=2121=21x = \frac{1}{\sqrt{2}+1} = \frac{1}{\sqrt{2}+1} \times \frac{\sqrt{2}-1}{\sqrt{2}-1} = \frac{\sqrt{2}-1}{2-1} = \sqrt{2}-1
y=121=121×2+12+1=2+121=2+1y = \frac{1}{\sqrt{2}-1} = \frac{1}{\sqrt{2}-1} \times \frac{\sqrt{2}+1}{\sqrt{2}+1} = \frac{\sqrt{2}+1}{2-1} = \sqrt{2}+1
(1) x2+y2x^2 + y^2
x2=(21)2=222+1=322x^2 = (\sqrt{2}-1)^2 = 2 - 2\sqrt{2} + 1 = 3 - 2\sqrt{2}
y2=(2+1)2=2+22+1=3+22y^2 = (\sqrt{2}+1)^2 = 2 + 2\sqrt{2} + 1 = 3 + 2\sqrt{2}
x2+y2=(322)+(3+22)=6x^2 + y^2 = (3 - 2\sqrt{2}) + (3 + 2\sqrt{2}) = 6
(2) x3+y3x^3 + y^3
x3=(21)3=(2)33(2)2(1)+3(2)(1)213=226+321=527x^3 = (\sqrt{2}-1)^3 = (\sqrt{2})^3 - 3(\sqrt{2})^2(1) + 3(\sqrt{2})(1)^2 - 1^3 = 2\sqrt{2} - 6 + 3\sqrt{2} - 1 = 5\sqrt{2} - 7
y3=(2+1)3=(2)3+3(2)2(1)+3(2)(1)2+13=22+6+32+1=52+7y^3 = (\sqrt{2}+1)^3 = (\sqrt{2})^3 + 3(\sqrt{2})^2(1) + 3(\sqrt{2})(1)^2 + 1^3 = 2\sqrt{2} + 6 + 3\sqrt{2} + 1 = 5\sqrt{2} + 7
x3+y3=(527)+(52+7)=102x^3 + y^3 = (5\sqrt{2} - 7) + (5\sqrt{2} + 7) = 10\sqrt{2}
(3) x3yx2y2+xy3x^3y - x^2y^2 + xy^3
x3yx2y2+xy3=xy(x2xy+y2)x^3y - x^2y^2 + xy^3 = xy(x^2 - xy + y^2)
xy=(21)(2+1)=21=1xy = (\sqrt{2}-1)(\sqrt{2}+1) = 2 - 1 = 1
x2xy+y2=x2+y2xy=61=5x^2 - xy + y^2 = x^2 + y^2 - xy = 6 - 1 = 5
x3yx2y2+xy3=1×5=5x^3y - x^2y^2 + xy^3 = 1 \times 5 = 5

3. 最終的な答え

(1) 6
(2) 10210\sqrt{2}
(3) 5

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