$x = \frac{\sqrt{5}+1}{2}$、$y = \frac{\sqrt{5}-1}{2}$ のとき、以下の値を求めます。 (1) $x^2 + y^2$ (2) $\frac{y}{x^2} + \frac{x}{y^2}$ (3) $x^5 + y^5$

代数学式の計算無理数展開因数分解対称式
2025/6/16

1. 問題の内容

x=5+12x = \frac{\sqrt{5}+1}{2}y=512y = \frac{\sqrt{5}-1}{2} のとき、以下の値を求めます。
(1) x2+y2x^2 + y^2
(2) yx2+xy2\frac{y}{x^2} + \frac{x}{y^2}
(3) x5+y5x^5 + y^5

2. 解き方の手順

(1) x2+y2x^2 + y^2 を求めます。
x2=(5+12)2=5+25+14=6+254=3+52x^2 = \left(\frac{\sqrt{5}+1}{2}\right)^2 = \frac{5 + 2\sqrt{5} + 1}{4} = \frac{6 + 2\sqrt{5}}{4} = \frac{3 + \sqrt{5}}{2}
y2=(512)2=525+14=6254=352y^2 = \left(\frac{\sqrt{5}-1}{2}\right)^2 = \frac{5 - 2\sqrt{5} + 1}{4} = \frac{6 - 2\sqrt{5}}{4} = \frac{3 - \sqrt{5}}{2}
x2+y2=3+52+352=3+5+352=62=3x^2 + y^2 = \frac{3 + \sqrt{5}}{2} + \frac{3 - \sqrt{5}}{2} = \frac{3 + \sqrt{5} + 3 - \sqrt{5}}{2} = \frac{6}{2} = 3
(2) yx2+xy2\frac{y}{x^2} + \frac{x}{y^2} を求めます。
yx2+xy2=y3+x3x2y2\frac{y}{x^2} + \frac{x}{y^2} = \frac{y^3 + x^3}{x^2 y^2}
x+y=5+12+512=252=5x+y = \frac{\sqrt{5}+1}{2} + \frac{\sqrt{5}-1}{2} = \frac{2\sqrt{5}}{2} = \sqrt{5}
xy=5+12×512=514=44=1xy = \frac{\sqrt{5}+1}{2} \times \frac{\sqrt{5}-1}{2} = \frac{5-1}{4} = \frac{4}{4} = 1
x3+y3=(x+y)33xy(x+y)=(5)33(1)(5)=5535=25x^3 + y^3 = (x+y)^3 - 3xy(x+y) = (\sqrt{5})^3 - 3(1)(\sqrt{5}) = 5\sqrt{5} - 3\sqrt{5} = 2\sqrt{5}
x2y2=(xy)2=12=1x^2 y^2 = (xy)^2 = 1^2 = 1
yx2+xy2=x3+y3x2y2=251=25\frac{y}{x^2} + \frac{x}{y^2} = \frac{x^3 + y^3}{x^2 y^2} = \frac{2\sqrt{5}}{1} = 2\sqrt{5}
(3) x5+y5x^5 + y^5 を求めます。
x2+y2=3x^2 + y^2 = 3
x3+y3=25x^3 + y^3 = 2\sqrt{5}
(x2+y2)(x3+y3)=x5+x2y3+y2x3+y5=x5+y5+x2y2(y+x)(x^2+y^2)(x^3+y^3) = x^5 + x^2 y^3 + y^2 x^3 + y^5 = x^5 + y^5 + x^2 y^2 (y + x)
x5+y5=(x2+y2)(x3+y3)x2y2(x+y)x^5 + y^5 = (x^2+y^2)(x^3+y^3) - x^2 y^2 (x+y)
x5+y5=(3)(25)(1)2(5)=655=55x^5 + y^5 = (3)(2\sqrt{5}) - (1)^2(\sqrt{5}) = 6\sqrt{5} - \sqrt{5} = 5\sqrt{5}

3. 最終的な答え

(1) 3
(2) 252\sqrt{5}
(3) 555\sqrt{5}

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