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X2乗+X2乗分の1=6のとき、X3乗-X3乗分の1の値を求めよ。またX5乗-X5乗分の1の値も求めよ。ただし0<X<1とする。

という問題の解答で

X3乗-X3乗分の1=(X-X分の1)(X2乗+1+X2乗分の1)=-2(6+1)=-14

X5乗-X5乗分の1=(X3乗-X3乗分の1)(X2乗+X2乗分の1)-(X-X分の1)

とあるのですが何故(X-X分の1)が-2になるのですか?また、何故このように問題の式を分解すれば解きやすくなる事がと分かるのですか?

見にくくてすいません。どなたかお教えいただけないでしょうか?お願いします。

A 回答 (4件)

X-X分の1はすぐに求まらないから2乗をしてみます。


(X-X分の1)2乗
=X2乗-2・X・(X分の1)+(X分の1)2乗
=X2乗-2+(X分の1)2乗
=X2乗+(X分の1)2乗-2
=6-2
=4
より
(X-X分の1)=2または-2
条件0<X<1より
(X-X分の1)=-2になります。

X3乗-X3乗分の1
=(X-X分の1){(X2乗)+X・(X分の1)+(X2乗分の1)}
=(X-X分の1){(X2乗)+1+(X2乗分の1)}
=・・・・・・

なぜ因数分解をすると、解けそうだと分かるかというと、
最初の説明で
(X-X分の1)2乗を展開するときに出てきたように
Xと(X分の1)の積の部分が定数になることを
使えそうだと予感したからです。

(X2乗)+(X2乗分の1)=6の条件から
X+(X分の1)や X-(X分の1)
や X3乗-(X3乗分の1)も求まり
これらを組み合わせて
X5乗-(X5乗分の1)も求まります。
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x^2 + 1/x^2 = 6 の両辺から2を引くと、


x^2 - 2 + 1/x^2 = 4 となり、さらに変形すると
(x - 1/x)^2 = 4 となります。従って、
x - 1/x = ±2 となりますが、(0<x<1)ですから、(x<1/x)ですので、
x - 1/x = -2 となります。

何故このように問題の式を分解すれば解きやすくなる事が分かるのですか?
については、個人的にはそういう問題だからとしかいえません。
この問題でいえば、まずx^3 - 1/x^3を因数分解してみて、それに合うような手がかり(この問題の場合はx - 1/x)を求めることになります。
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Hintを与えましょう。

a=x,b=1/xとおく。
因数分解
a^3-b^3=(a-b)(a^2+ab+b^2)が成り立つ。
だからa-bを求めればよいのですが
条件より、a^2+b^2=6
(a-b)^2=a^2-2ab+b^2=a^2-2+b^2=6-2=4
0<x<1よりa<1<b したがってa-b<0
a-b<0 よりa-b=-2
これでa-bはもとまったわけです。
いまa-b,abがわかりました。
これらをつかってa^3-b^3がわかります。では今まで分かっている式を使ってa^5-b^5がどのような式に表せるのかを考えましょう。
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とりあえず前者。



X2乗+X2乗分の1=6の両辺に-2を加えて平方完成させましょう。

そうするとx-(1/x) = ±2

xの領域より{x-(1/x)}<0なので、-2ということがわかります。
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