Άρρητοι αριθμοί: Συλλογή ασκήσεων

Συντονιστές: cretanman, ΔΗΜΗΤΡΗΣ ΙΩΑΝΝΟΥ, socrates

Άβαταρ μέλους
Demetres
Γενικός Συντονιστής
Δημοσιεύσεις: 8983
Εγγραφή: Δευ Ιαν 19, 2009 5:16 pm
Τοποθεσία: Λεμεσός/Πύλα
Επικοινωνία:

Re: Άρρητοι αριθμοί: Συλλογή ασκήσεων

#61

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από Demetres » Πέμ Αύγ 24, 2023 9:57 am

Mihalis_Lambrou έγραψε:
Πέμ Αύγ 24, 2023 12:24 am
Άσκηση 21. Έστω n, p, q\in \mathbb N ^* , με n μη τέλειο τετράγωνο. Αν ισχύει \sqrt n > \dfrac {p}{q}, δείξτε ότι η ανισότητα βελτιώνεται στην \sqrt n >\dfrac {p}{q} + \dfrac {1}{{\color {red}2\sqrt n q^2}}
Έχουμε q^2n > p^2, άρα \displaystyle  1 \leqslant q^2n - p^2 = (q\sqrt{n}-p)(q\sqrt{n}+p). Παίρνουμε \displaystyle  q\sqrt{n}-p \geqslant \frac{1}{p+q\sqrt{n}}. Συνεπώς

\displaystyle  \sqrt{n} \geqslant \frac{p}{q} + \frac{1}{pq+q^2\sqrt{n}} > \frac{p}{q} + \frac{1}{2q^2\sqrt{n}}

αφού ισχύει επίσης ότι pq < q^2\sqrt{n}.



Λέξεις Κλειδιά:
ksofsa
Δημοσιεύσεις: 414
Εγγραφή: Κυρ Απρ 18, 2010 9:42 pm

Re: Άρρητοι αριθμοί: Συλλογή ασκήσεων

#62

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από ksofsa » Πέμ Αύγ 24, 2023 10:01 am

Καλημέρα.

Για την 21:

Αρχικά, δείχνουμε ότι αν p,m\in \mathbb{N}^* και m μη τέλειο τετράγωνο και p< \sqrt{m}, τότε p<\sqrt{m}-\dfrac{1}{2\sqrt{m}}.

Πράγματι, πρέπει m= p^2+a,a\geq 1, και η προς απόδειξη μετά από ύψωση στο τετράγωνο , γράφεται p^2< p^2+a+\dfrac{1}{4(p^2+a)}-1, που ισχύει, διότι a\geq 1.

Ερχόμαστε στο αρχικό πρόβλημα με τις δεδομένες συνθήκες.Θέτουμε m=nq^2 και οι συνθήκες γίνονται ίδιες με του λήμματος.

Άρα , p< \sqrt{m}-\dfrac{1}{2\sqrt{m}}\Leftrightarrow q\sqrt{n}> p+\dfrac{1}{2q\sqrt{n}}\Leftrightarrow \sqrt{n}> \dfrac{p}{q}+\dfrac{1}{2\sqrt{n}q^2}.


Κώστας
Mihalis_Lambrou
Επιμελητής
Δημοσιεύσεις: 15507
Εγγραφή: Κυρ Δεκ 21, 2008 2:04 am

Re: Άρρητοι αριθμοί: Συλλογή ασκήσεων

#63

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από Mihalis_Lambrou » Τετ Σεπ 13, 2023 11:06 pm

Άσκηση 22. Για ποιες τιμές του φυσικού αριθμού n είναι ρητός ο \sqrt {n + \sqrt n } ;


Henri van Aubel
Δημοσιεύσεις: 875
Εγγραφή: Τρί Σεπ 13, 2022 12:01 pm

Re: Άρρητοι αριθμοί: Συλλογή ασκήσεων

#64

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από Henri van Aubel » Σάβ Σεπ 16, 2023 10:52 am

Αν \sqrt{n}\notin \mathbb{Q} και n+\sqrt{n}\notin \mathbb{Q}. Επομένως, \sqrt{n}\in \mathbb{Q}^{n\in \mathbb{N}}\Longrightarrow \sqrt{n}\in \mathbb{N} , θέτω n=x^{2}\left ( x\in \mathbb{N} \right ) και είναι \sqrt{x^{2}+x}\in \mathbb{Q}^{x^{2}+x\in \mathbb{N}}\Longrightarrow \sqrt{x^{2}+x}\in \mathbb{N}. Θέτω x^{2}+x-m^{2}=0\left ( m\in \mathbb{N} \right ). Το τριώνυμο (ως προς χ) έχει διακρίνουσα D=1+4m^{2} που είναι τέλειο τετράγωνο φυσικού αριθμού. Είναι 1+4m^{2}=k^{2}\left ( k\in \mathbb{N} \right )\Leftrightarrow \left ( k+2m \right )\left ( k-2m \right )=1, αναγκαστικά m=0.

Περίπτωση 1: x=-1, τότε n=1 άτοπο.

Περίπτωση 2: x=0, τότε n=0 δεκτό.

Άρα, μόνο το n=0 μας κάνει.


Mihalis_Lambrou
Επιμελητής
Δημοσιεύσεις: 15507
Εγγραφή: Κυρ Δεκ 21, 2008 2:04 am

Re: Άρρητοι αριθμοί: Συλλογή ασκήσεων

#65

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από Mihalis_Lambrou » Σάβ Σεπ 16, 2023 12:50 pm

Mihalis_Lambrou έγραψε:
Τετ Σεπ 13, 2023 11:06 pm
Άσκηση 22. Για ποιες τιμές του φυσικού αριθμού n είναι ρητός ο \sqrt {n + \sqrt n } ;
Η λύση που έχω κατά νου (παραλλαγή της προηγούμενης) ε'ιναι: Αν \sqrt {n + \sqrt n } = q \in \mathbb Q, τότε με ύψωση στο τετράγωνο έχουμε  \sqrt n  = q^2-n \in \mathbb Q. Άρα n=m^2 για κάποιο φυσικό m και τότε \sqrt {n + \sqrt n } =  \sqrt {m^2 + m }. Αν m\ne 0 τότε έχουμε  m^2 < m^2 + m < (m+1)^2. Δηλαδή ο m^2+m είναι ανάμεσα σε δύο διαδοχικά τέλεια τετράγωνα και άρα ο ίδιος δεν είναι τέλειο τετράγωνο, οπότε  \sqrt {m^2 + m } άρρητος. Η μόνη, λοιπόν, εκδοχή που έχουμε ρητό \sqrt {n + \sqrt n } , ισοδύναμα \sqrt {m^2 + m } , είναι η m=0, δηλαδή n=0.


Mihalis_Lambrou
Επιμελητής
Δημοσιεύσεις: 15507
Εγγραφή: Κυρ Δεκ 21, 2008 2:04 am

Re: Άρρητοι αριθμοί: Συλλογή ασκήσεων

#66

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από Mihalis_Lambrou » Σάβ Σεπ 16, 2023 9:08 pm

Άσκηση 23. Για ποιες τιμές του φυσικού αριθμού n είναι ρητός ο \sqrt {\sqrt n + \sqrt {n+2023} } ;

Σχόλιο: Η άσκηση είναι παραλλαγή επί το δυσκολότερο της προηγούμενης. Όμως το ενδιαφέρον είναι ότι τώρα υπάρχει μη τετριμμμένο n για το οποίο ισχύει το συμπέρασμα.


Άβαταρ μέλους
abfx
Δημοσιεύσεις: 39
Εγγραφή: Κυρ Μάιος 08, 2022 12:23 pm

Re: Άρρητοι αριθμοί: Συλλογή ασκήσεων

#67

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από abfx » Πέμ Σεπ 21, 2023 4:02 pm

Mihalis_Lambrou έγραψε:
Σάβ Σεπ 16, 2023 9:08 pm
Άσκηση 23. Για ποιες τιμές του φυσικού αριθμού n είναι ρητός ο \sqrt {\sqrt n + \sqrt {n+2023} } ;

Σχόλιο: Η άσκηση είναι παραλλαγή επί το δυσκολότερο της προηγούμενης. Όμως το ενδιαφέρον είναι ότι τώρα υπάρχει μη τετριμμμένο n για το οποίο ισχύει το συμπέρασμα.
Έστω ότι για κάποιο n\in\mathbb{N} ισχύει ότι ο q=\sqrt{\sqrt{n}+\sqrt{n+2023}} \in \mathbb{Q}.

Τότε, θα είναι και q^2=\sqrt{n}+\sqrt{n+2023} \in \mathbb{Q} \text{    }(*) .

Για ευκολία θα χρησιμοποιήσουμε το ακόλουθο:

Λήμμα
Αν \kappa , \lambda \in \mathbb{N} και \sqrt{\kappa}+\sqrt{\lambda} \in \mathbb{Q} , τότε \sqrt{\kappa}\in\mathbb{Q} και \sqrt{\lambda}\in\mathbb{Q}


Από Λήμμα: (*)\implies \sqrt{n}\in\mathbb{Q} και \sqrt{n+2023}\in\mathbb{Q} , το οποίο συνεπάγεται ότι n=k^2 και n+2023=m^2 για κάποιους φυσικούς m,n (γιατί;).

Άρα, m^2-k^2=2023 \iff (m-k)(m+k)=2023=7\cdot 17^2 και αφού m-k\leq m+k έχουμε ότι (m-k,m+k) \in \{(1,2023),(7,17^2),(17,7\cdot 17)\}.

Λύνοντας τα συστήματα που προκύπτουν έχουμε τελικά (m,k) \in \{(1012,1011),(148,141),(68,51)\}.

Η "μεσαία" περίπτωση δίνει q=\sqrt{289}=17 \in \mathbb{Q} , δεκτή, ενώ οι άλλες δίνουν q=\sqrt{2023} , \sqrt{119} \notin \mathbb{Q} (;).

Άρα, μοναδική δεκτή τιμή το n=k^2=141^2.

Μας μένει για το τέλος να αποδείξουμε το Λήμμα:

Πράγματι, για \kappa = \lambda =0 το συμπέρασμα είναι φανερό. Ας υποθέσουμε ότι \sqrt{\kappa}+\sqrt{\lambda}>0.
Τότε, \exists (\sqrt{\kappa}+\sqrt{\lambda})^{-1} \in \mathbb{Q} και μάλιστα \kappa -\lambda=(\sqrt{\kappa}+\sqrt{\lambda})(\sqrt{\kappa}-\sqrt{\lambda}) \implies \sqrt{\kappa}-\sqrt{\lambda}=(\kappa -\lambda)(\sqrt{\kappa}+\sqrt{\lambda})^{-1} \in \mathbb{Q}.
Έτσι, \sqrt{\kappa}=\frac{1}{2}\big((\sqrt{\kappa}+\sqrt{\lambda})+(\sqrt{\kappa}-\sqrt{\lambda})\big) \in \mathbb{Q} και \sqrt{\lambda}=(\sqrt{\kappa}+\sqrt{\lambda})-\sqrt{\kappa} \in \mathbb{Q} ο.ε.δ.


Mihalis_Lambrou
Επιμελητής
Δημοσιεύσεις: 15507
Εγγραφή: Κυρ Δεκ 21, 2008 2:04 am

Re: Άρρητοι αριθμοί: Συλλογή ασκήσεων

#68

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από Mihalis_Lambrou » Τρί Σεπ 26, 2023 5:09 pm

Άσκηση 24. Να βρεθούν όλοι οι άρρητοι αριθμοί a για τους οποίους οι a^2 + a και a^3-2a είναι και οι δύο ρητοί αριθμοί.


Άβαταρ μέλους
cretanman
Διαχειριστής
Δημοσιεύσεις: 4090
Εγγραφή: Πέμ Δεκ 18, 2008 12:35 pm
Τοποθεσία: Ηράκλειο Κρήτης
Επικοινωνία:

Re: Άρρητοι αριθμοί: Συλλογή ασκήσεων

#69

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από cretanman » Κυρ Οκτ 01, 2023 2:01 am

Mihalis_Lambrou έγραψε:
Τρί Σεπ 26, 2023 5:09 pm
Άσκηση 24. Να βρεθούν όλοι οι άρρητοι αριθμοί a για τους οποίους οι a^2 + a και a^3-2a είναι και οι δύο ρητοί αριθμοί.
Έστω a^2+a=q και a^3-2a=r.

Τότε a^2=q-a οπότε r=a(a^2-2)=a(q-a-2)=a(q-2)-a^2=a(q-2)-(q-a)=(q-1)a-q.

Αν ήταν q\neq 1 τότε θα παίρναμε a\in \mathbb{Q}, άτοπο. Άρα πρέπει q=1 \Leftrightarrow a^2+a-1=0 \Leftrightarrow a=\dfrac{-1\pm\sqrt{5}}{2}

Αλέξανδρος


Αλέξανδρος Συγκελάκης
Άβαταρ μέλους
cretanman
Διαχειριστής
Δημοσιεύσεις: 4090
Εγγραφή: Πέμ Δεκ 18, 2008 12:35 pm
Τοποθεσία: Ηράκλειο Κρήτης
Επικοινωνία:

Re: Άρρητοι αριθμοί: Συλλογή ασκήσεων

#70

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από cretanman » Κυρ Οκτ 01, 2023 2:17 am

Mihalis_Lambrou έγραψε:
Τρί Σεπ 26, 2023 5:09 pm
Άσκηση 24. Να βρεθούν όλοι οι άρρητοι αριθμοί a για τους οποίους οι a^2 + a και a^3-2a είναι και οι δύο ρητοί αριθμοί.
Και λίγο διαφορετικά:

Αν a^2+a=q και a^3-2a=r, τότε αφού a^2+a-q=0 και a\notin\mathbb{Q} άρα \left[\mathbb{Q}(a):\mathbb{Q}\right]=2 οπότε αφού επιπλέον ισχύει a^3-2a-r=0 άρα το πολυώνυμο x^2+x-q θα διαιρεί το πολυώνυμο x^3-2x-r οπότε θα υπάρχει κάποιο s ώστε:

x^3-2x-r=(x^2+x-q)(x-s) \Leftrightarrow x^3-2x-r=x^3+(1-s)x^2-(s+q)+qs και από την ισότητα των τελευταίων πολυωνύμων παίρνουμε s=1, \ q=1, \ r=-1 απ' όπου a^2+a=1 \Leftrightarrow a=\dfrac{-1\pm\sqrt{5}}{2} κλπ

Αλέξανδρος


Αλέξανδρος Συγκελάκης
Mihalis_Lambrou
Επιμελητής
Δημοσιεύσεις: 15507
Εγγραφή: Κυρ Δεκ 21, 2008 2:04 am

Re: Άρρητοι αριθμοί: Συλλογή ασκήσεων

#71

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από Mihalis_Lambrou » Κυρ Οκτ 01, 2023 9:40 am

Άσκηση 25. Δίνονται πραγματικοί αριθμοί a, b με a\ne b τέτοιοι ώστε οι a + \sqrt {ab} και b+\sqrt {ab} είναι ρητοί και οι δύο. Δείξτε ότι οι a και b είναι ρητοί.


Άβαταρ μέλους
cretanman
Διαχειριστής
Δημοσιεύσεις: 4090
Εγγραφή: Πέμ Δεκ 18, 2008 12:35 pm
Τοποθεσία: Ηράκλειο Κρήτης
Επικοινωνία:

Re: Άρρητοι αριθμοί: Συλλογή ασκήσεων

#72

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από cretanman » Κυρ Οκτ 01, 2023 10:38 am

Mihalis_Lambrou έγραψε:
Κυρ Οκτ 01, 2023 9:40 am
Άσκηση 25. Δίνονται πραγματικοί αριθμοί a, b με a\ne b τέτοιοι ώστε οι a + \sqrt {ab} και b+\sqrt {ab} είναι ρητοί και οι δύο. Δείξτε ότι οι a και b είναι ρητοί.
Για ευκολία θέτω x=\sqrt{a} και y=\sqrt{b} και θέλουμε να δείξουμε ότι οι x^2 και y^2 είναι ρητοί με δεδομένο ότι οι x^2+xy και y^2+xy είναι επίσης ρητοί.

Είναι \left(\dfrac{x^2+xy}{y^2+xy}\right)^2 = \dfrac{x^2}{y^2} \in\mathbb{Q}.

Άρα (y^2+xy)\dfrac{x^2}{y^2}=x^2+\dfrac{x^3}{y}=x^2\left(1+\dfrac{x}{y}\right) \in \mathbb{Q} οπότε x^2\in\mathbb{Q} και λόγω της \dfrac{x^2}{y^2} \in\mathbb{Q} παίρνουμε και ότι y^2\in\mathbb{Q}.

Αλέξανδρος


Αλέξανδρος Συγκελάκης
Mihalis_Lambrou
Επιμελητής
Δημοσιεύσεις: 15507
Εγγραφή: Κυρ Δεκ 21, 2008 2:04 am

Re: Άρρητοι αριθμοί: Συλλογή ασκήσεων

#73

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από Mihalis_Lambrou » Κυρ Οκτ 01, 2023 8:00 pm

Άσκηση 26. α) Να βρεθούν όλοι οι φυσικοί αριθμοί n για τους οποίους ισχύει  \{ \, \sqrt {n} \, \} = \{ \, \sqrt {n+17} \, \} .
β) Αν x θετικός πραγματικός αριθμός με  \{  \sqrt {x} \, \} = \{  \sqrt {x+17} \, \} , να αποδείξετε ότι οι  x και x+17 είναι και οι δύο τετράγωνα ρητών αριθμών.

(Το \{.\} συμβολίζει "κλασματικό μέρος").


ksofsa
Δημοσιεύσεις: 414
Εγγραφή: Κυρ Απρ 18, 2010 9:42 pm

Re: Άρρητοι αριθμοί: Συλλογή ασκήσεων

#74

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από ksofsa » Κυρ Οκτ 01, 2023 8:02 pm

Λίγο διαφορετικά για την άσκηση 25:

Ο αριθμός a+2\sqrt{ab}+b=(\sqrt{a}+\sqrt{b})^2 ρητός.

Ο αριθμός (a+\sqrt{ab})^2=a(\sqrt{a}+\sqrt{b})^2 ρητός.

Άρα, και το πηλίκο τους ρητός, δηλαδή a ρητός.

Όμοια, b ρητός.


Κώστας
Mihalis_Lambrou
Επιμελητής
Δημοσιεύσεις: 15507
Εγγραφή: Κυρ Δεκ 21, 2008 2:04 am

Re: Άρρητοι αριθμοί: Συλλογή ασκήσεων

#75

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από Mihalis_Lambrou » Τρί Οκτ 03, 2023 9:09 pm

Άσκηση 27. Να βρεθούν όλα τα ζεύγη φυσικών αριθμών m, \, n με \dfrac {1}{\sqrt m} + \dfrac {1}{\sqrt n}= \dfrac {1}{\sqrt {20} },


Mihalis_Lambrou
Επιμελητής
Δημοσιεύσεις: 15507
Εγγραφή: Κυρ Δεκ 21, 2008 2:04 am

Re: Άρρητοι αριθμοί: Συλλογή ασκήσεων

#76

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από Mihalis_Lambrou » Τρί Οκτ 03, 2023 9:10 pm

H 26 είναι ακόμα αναπάντητη, και τώρα πρόσθεσα την 27.


Mihalis_Lambrou
Επιμελητής
Δημοσιεύσεις: 15507
Εγγραφή: Κυρ Δεκ 21, 2008 2:04 am

Re: Άρρητοι αριθμοί: Συλλογή ασκήσεων

#77

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από Mihalis_Lambrou » Σάβ Οκτ 28, 2023 11:13 pm

Επαναφορά η 26 και η 27.


ΔΗΜΗΤΡΗΣ ΙΩΑΝΝΟΥ
Επιμελητής
Δημοσιεύσεις: 4665
Εγγραφή: Τρί Αύγ 31, 2010 10:37 pm
Τοποθεσία: Ιστιαία Ευβοίας

Re: Άρρητοι αριθμοί: Συλλογή ασκήσεων

#78

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από ΔΗΜΗΤΡΗΣ ΙΩΑΝΝΟΥ » Δευ Οκτ 30, 2023 6:08 am

Mihalis_Lambrou έγραψε:
Τρί Οκτ 03, 2023 9:09 pm
Άσκηση 27. Να βρεθούν όλα τα ζεύγη φυσικών αριθμών m, \, n με \dfrac {1}{\sqrt m} + \dfrac {1}{\sqrt n}= \dfrac {1}{\sqrt {20} },
Η δοσμένη ισότητα γράφεται:

\displaystyle{\frac{1}{\sqrt m}+\frac{1}{\sqrt n}=\frac{1}{2\sqrt 5}}

Για να ισχύει η ισότητα αυτή, με δεδομένο ότι είναι \displaystyle{m , n} φυσικοί αριθμοί, θα πρέπει:

\displaystyle{m=5a^2 , n=5b^2}, όπου \displaystyle{a , b } θετικοί ακέραιοι (το ότι μπορούμε να τους θεωρήσουμε θετικούς,

δεν βλάπτει την γενικότητα).

Έτσι έχουμε: \displaystyle{\frac{1}{a\sqrt 5}+\frac{1}{b\sqrt 5} = \frac{1}{2\sqrt 5} \Leftrightarrow }

\displaystyle{\frac{1}{a}+\frac{1}{b}=\frac{1}{2}\Leftrightarrow a=\frac{2b}{b-2}=2+\frac{4}{b-2}}

Πρέπει ο \displaystyle{b-2} να διαιρεί τον \displaystyle{4}, άρα \displaystyle{b-2 \in \{-1,1,-2,2,-4,4\}} και με δεδομένο ότι \displaystyle{b >0} ,

θα έχουμε ότι \displaystyle{b\in \{1 , 3 , 4 , 6\}}

ΑΝ \displaystyle{b=1} τότε \displaystyle{a= -2}, που απορρίπτεται

ΑΝ \displaystyle{b=3} τότε \displaystyle{a=6} και άρα \displaystyle{m=5.6^2 =180 , n=5.3^2 =45}

AN \displaystyle{b=4} τότε \displaystyle{a=4} και άρα \displaystyle{m=5.4^2 =80 , n =5.4^2 =80}

AN \displaystyle{b=6}, τότε \displaystyle{a=3} και άρα \displaystyle{m=45 , n=180}


(ΣΗΜΕΙΩΣΗ: Αν θέλουμε, μπορούμε να αποδείξουμε το γιατί πρέπει να είναι \displaystyle{m=5a^2 , n=5b^2}, ως εξής:

Κάνουμε απαλοιφή παρονομαστών στην δοσμένη ισότητα και στη συνέχεια υψώνουμε στο τετράγωνο και βρίσκουμε:

\displaystyle{(n-20)^2 m^2 -40n(n+20)m+400n^2= 0}. An \displaystyle{n=20}, τότε \displaystyle{m=8} και αυτές οι τιμές δεν επαληθεύουν την

δοσμένη ισότητα. Άρα πρέπει \displaystyle{n\neq 20}. Τότε η διακρίνουσα του παραπάνω τριωνύμου είναι:

\displaystyle{D=16.40^2 .n^2 .5n} , οπότε για να είναι τέλειο τετράγωνο όπως πρέπει, θα ισχύει ότι \displaystyle{n=5b^2}

Και όμοια αν δούμε το τριώνυμο με μεταβλητή το \displaystyle{n}, θα βρούμε ότι πρέπει \displaystyle{m=5a^2})


ΔΗΜΗΤΡΗΣ ΙΩΑΝΝΟΥ
Επιμελητής
Δημοσιεύσεις: 4665
Εγγραφή: Τρί Αύγ 31, 2010 10:37 pm
Τοποθεσία: Ιστιαία Ευβοίας

Re: Άρρητοι αριθμοί: Συλλογή ασκήσεων

#79

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από ΔΗΜΗΤΡΗΣ ΙΩΑΝΝΟΥ » Τετ Νοέμ 01, 2023 12:45 am

Mihalis_Lambrou έγραψε:
Κυρ Οκτ 01, 2023 8:00 pm
Άσκηση 26. α) Να βρεθούν όλοι οι φυσικοί αριθμοί n για τους οποίους ισχύει  \{ \, \sqrt {n} \, \} = \{ \, \sqrt {n+17} \, \} .


Θεωρώ ότι υπάρχει πιο εύκολος δρόμος, αλλά μιας και καταπιάστηκα με περιπτώσεις αφιερώνοντας αρκετό χρόνο,
γράφω μια άποψη:

Έστω ότι \displaystyle{\sqrt{n}=x}, όπου \displaystyle{x\geq 0 , (x\in R)}. Τότε \displaystyle{[\sqrt{n}]=[x]} (οι αγκύλες δηλώνουν το ακέραιο μέρος)

Ας υποθέσουμε αρχικά ότι \displaystyle{x>8}. Τότε εύκολα βλέπουμε ότι \displaystyle{x<\sqrt{x^2 +17}<x+1}, για κάθε τέτοιο \displaystyle{x}

Άρα \displaystyle{[\sqrt{x^2 +17}]=[x]}, ή \displaystyle{[\sqrt{x^2 +17}]=[x+1]=[x]+1}

Χρησιμοποιώντας την προφανή ιδιότητα \displaystyle{\{m\}=m-[m]}, η δοσμένη εξίσωση γράφεται στην πρώτη περίπτωση:

\displaystyle{\{\sqrt{n}\}=\{\sqrt{n+17}\}\Rightarrow \sqrt{n} - [\sqrt{n}]=\sqrt{n+17} - [\sqrt{n+17}]\Rightarrow}

\displaystyle{x - [x] = \sqrt{x^2+17} - [x] \Rightarrow  x = \sqrt{x^2 +17}\Rightarrow x^2 =x^2 +17 } , άτοπο.

Ομοίως στην δεύτερη περίπτωση, παίρνουμε \displaystyle{x+1=\sqrt{x^2 +17}\Leftrightarrow x=8}, που είναι άτοπο.


Συνεπώς μένει να εξετάσουμε τις περιπτώσεις: \displaystyle{x=8} και \displaystyle{x<8}

\displaystyle{x=8}, τότε \displaystyle{\sqrt{n}=8}, άρα \displaystyle{n=64} και \displaystyle{n+17=81}.

Ας δούμε αν επαληθεύεται η δοσμένη εξίσωση, δηλαδή αν \displaystyle{\{\sqrt{n}\}=\{\sqrt{n+17}\}} , δηλαδή αν

\displaystyle{\{8\}=\{9\}}, δηλαδή αν \displaystyle{0=0} , το οποίο ισχύει.

Άρα μια λύση της δοσμένης εξίσωσης είναι η \displaystyle{n=64}

Αν τώρα \displaystyle{\frac{13}{4}\leq x <8}, τότε εύκολα βλέπουμε ότι \displaystyle{x+1\leq \sqrt{x^2 +17}<x+2}, οπότε:

\displaystyle{[\sqrt{n+17}]=[x+1]=[x]+1} , ή \displaystyle{[\sqrt{x^2 +17}]=[x]+2}

Τώρα εξετάζουμε για την πρώτη περίπτωση αν ισχύει ότι \displaystyle{\{\sqrt{n}\}=\{\sqrt{n+17}\}}, δηλαδή αν:

\displaystyle{\sqrt{n}-[\sqrt{n}]=\sqrt{n+17}-[\sqrt{n+17}]} , δηλαδή αν: \displaystyle{x-[x] = \sqrt{x^2 +17}-([x]+1)}, δηλαδή αν:

\displaystyle{x +1 =\sqrt{x^2 +17}}, ή \displaystyle{x^2 +2x+1 =x^2 +17}, ή \displaystyle{2x=16}, ή \displaystyle{x=8}, που απορρίπτεται, αφού έχουμε \displaystyle{x<8}

Και ομοίως στην δεύτερη περίπτωση, βρίσκουμε ότι \displaystyle{x=\frac{13}{4}}, άρα \displaystyle{\sqrt{n}=\frac{13}{4}}, άρα \displaystyle{n=\frac{169}{16}}

που είναι άτοπο, αφού ο \displaystyle{n} είναι αριθμός φυσικός.


Αν \displaystyle{\frac{4}{3}\leq x <\frac{13}{4}} εύκολα βλέπουμε ότι \displaystyle{x+2\leq \sqrt{x^2 +17}<x+3}, τότε ομοίως είναι άτοπο.

Αν \displaystyle{\frac{1}{8}\leq x <\frac{4}{3}}, βρίσκουμε ότι \displaystyle{x+3\leq \sqrt{x^2 +17}<x+4} και πάλι ομοίως καταλήγουμε σε άτοπο

Τέλος, αν \displaystyle{0\leq x <\frac{1][8}}, τότε \displaystyle{x+4 \leq \sqrt{x^2 +17}<x+5} και ομοίως καταλήγουμε σε άτοπο.

Άρα η μοναδική λύση είναι η \displaystyle{n=64}


ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΗ: Ξανακοιτώντας το θέμα, τώρα που είναι πρωί, βλέπω ότι μπορούμε να συντομέψουμε την λύση, στην περίπτωση που
είναι \displaystyle{x <8}, ως εξής:

Εύκολα αποδείχνουμε ότι αν \displaystyle{0]\leq x<8} είναι \displaystyle{x\leq \sqrt{x^2 +17}<x+5} και άρα:

\displaystyle{[x]\leq x\leq \sqrt{x^2 +17}<x+5 <[x+5]+1=[x]+5 +1=[x]+6}

Δηλαδή \displaystyle{[x] \leq \sqrt{n+17}<[x]+6} και άρα

\displaystyle{[\sqrt{n+17}]\in \{[x] , [x]+1 , [x]+2 , [x]+3 , [x]+4 , [x]+5\}}

Και άρα:

\displaystyle{\sqrt{n}-[x]=\sqrt{n+17}-[x]} , ή \displaystyle{\sqrt n-[x]=\sqrt{n+17}-([x]+1)} , ... , ή \displaystyle{\sqrt n-[x]=\sqrt{n+17}-([x]+5)}

και εύκολα καταλήγουμε σε άτοπο σε όλες αυτές τις περιπτώσεις.


ΔΗΜΗΤΡΗΣ ΙΩΑΝΝΟΥ
Επιμελητής
Δημοσιεύσεις: 4665
Εγγραφή: Τρί Αύγ 31, 2010 10:37 pm
Τοποθεσία: Ιστιαία Ευβοίας

Re: Άρρητοι αριθμοί: Συλλογή ασκήσεων

#80

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από ΔΗΜΗΤΡΗΣ ΙΩΑΝΝΟΥ » Τετ Νοέμ 01, 2023 7:55 am

Mihalis_Lambrou έγραψε:
Κυρ Οκτ 01, 2023 8:00 pm
Άσκηση 26. .
β) Αν x θετικός πραγματικός αριθμός με  \{  \sqrt {x} \, \} = \{  \sqrt {x+17} \, \} , να αποδείξετε ότι οι  x και x+17 είναι και οι δύο τετράγωνα ρητών αριθμών.

(Το \{.\} συμβολίζει "κλασματικό μέρος").
Χρησιμοποιώντας την διαδικασία της απόδειξης στο (α) ερώτημα, εύκολα βλέπουμε το ζητούμενο, που προκύπτει από τις περιπτώσεις
που πήραμε. (Το βράδυ θα γράψω αναλυτικά την λύση, αν δεν δοθεί από κάποιο μέλος μας)


Απάντηση

Επιστροφή σε “Θέματα διαγωνισμών (ΕΜΕ, ΚΥΜΕ, BMO, JBMO, IMO, Kangaroo κλπ)”

Μέλη σε σύνδεση

Μέλη σε αυτήν τη Δ. Συζήτηση: Δεν υπάρχουν εγγεγραμμένα μέλη και 4 επισκέπτες