$x = \frac{\sqrt{3}+1}{\sqrt{3}-1}$ , $y = \frac{\sqrt{3}-1}{\sqrt{3}+1}$ のとき、以下の式の値を求める。 (1) $x+y$ (2) $xy$ (3) $x^2+y^2$ (4) $x^3+y^3$ (5) $x^5+y^5$

代数学式の計算無理数の計算展開因数分解対称式
2025/6/5

1. 問題の内容

x=3+131x = \frac{\sqrt{3}+1}{\sqrt{3}-1} , y=313+1y = \frac{\sqrt{3}-1}{\sqrt{3}+1} のとき、以下の式の値を求める。
(1) x+yx+y
(2) xyxy
(3) x2+y2x^2+y^2
(4) x3+y3x^3+y^3
(5) x5+y5x^5+y^5

2. 解き方の手順

まず、xxyyを簡単にします。
x=3+131=(3+1)(3+1)(31)(3+1)=3+23+131=4+232=2+3x = \frac{\sqrt{3}+1}{\sqrt{3}-1} = \frac{(\sqrt{3}+1)(\sqrt{3}+1)}{(\sqrt{3}-1)(\sqrt{3}+1)} = \frac{3 + 2\sqrt{3} + 1}{3 - 1} = \frac{4 + 2\sqrt{3}}{2} = 2 + \sqrt{3}
y=313+1=(31)(31)(3+1)(31)=323+131=4232=23y = \frac{\sqrt{3}-1}{\sqrt{3}+1} = \frac{(\sqrt{3}-1)(\sqrt{3}-1)}{(\sqrt{3}+1)(\sqrt{3}-1)} = \frac{3 - 2\sqrt{3} + 1}{3 - 1} = \frac{4 - 2\sqrt{3}}{2} = 2 - \sqrt{3}
(1) x+y=(2+3)+(23)=4x + y = (2 + \sqrt{3}) + (2 - \sqrt{3}) = 4
(2) xy=(2+3)(23)=43=1xy = (2 + \sqrt{3})(2 - \sqrt{3}) = 4 - 3 = 1
(3) x2+y2=(x+y)22xy=422(1)=162=14x^2 + y^2 = (x+y)^2 - 2xy = 4^2 - 2(1) = 16 - 2 = 14
(4) x3+y3=(x+y)(x2xy+y2)=(x+y)((x+y)23xy)=4(423(1))=4(163)=4(13)=52x^3 + y^3 = (x+y)(x^2 - xy + y^2) = (x+y)((x+y)^2 - 3xy) = 4(4^2 - 3(1)) = 4(16 - 3) = 4(13) = 52
(5) x5+y5=(x2+y2)(x3+y3)x2y2(x+y)=14(52)12(4)=7284=724x^5 + y^5 = (x^2+y^2)(x^3+y^3) - x^2y^2(x+y) = 14(52) - 1^2(4) = 728 - 4 = 724
または、別の解法:
x5+y5=(x+y)(x4x3y+x2y2xy3+y4)=(x+y)(x4+y4xy(x2+y2)+(xy)2)x^5+y^5 = (x+y)(x^4 - x^3y + x^2y^2 - xy^3 + y^4) = (x+y)(x^4 + y^4 -xy(x^2+y^2) + (xy)^2)
ここで、x4+y4=(x2+y2)22(xy)2=1422(1)2=1962=194x^4 + y^4 = (x^2+y^2)^2 - 2(xy)^2 = 14^2 - 2(1)^2 = 196 - 2 = 194
よって、x5+y5=4(194(1)(14)+(1)2)=4(19414+1)=4(181)=724x^5+y^5 = 4(194 - (1)(14) + (1)^2) = 4(194 - 14 + 1) = 4(181) = 724

3. 最終的な答え

(1) x+y=4x+y = 4
(2) xy=1xy = 1
(3) x2+y2=14x^2+y^2 = 14
(4) x3+y3=52x^3+y^3 = 52
(5) x5+y5=724x^5+y^5 = 724

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