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jueves, 18 de julio de 2024

Un problema de álgebra básica, muy típico de Olimpiada Matemática

Si m+n=1 \quad (1) y m^2+n^2=2 \quad (2), donde m y n son números racionales, ¿a qué es igual m^8+n^8, sin calcular préviamente m y n?

A partir de la identidad (m+n)^2=m^2+2\,m\,n+n^2, podemos escribir:
  m^2+n^2=(m+n)^2-2\,m\,n
Y teniendo en cuenta (1) y (2),
    2=1^2-2\,m\,n \Rightarrow m\,n=-\dfrac{1}{2} \quad (3)

Por otra parte,
  m^4+n^4=
    =(m^2+n^2)^2-2\,m^2\,n^2
      =(m^2+n^2)^2-2\,(m\,n)^2
        \overset{(2),(3)}{=}2^2-2\cdot (-\dfrac{1}{2})^2
          =4-2\cdot \dfrac{1}{4}
            =4-\dfrac{1}{2}
              =\dfrac{8}{2}-\dfrac{1}{2}
                =\dfrac{8-1}{2}
                  =\dfrac{7}{2} \quad (4)

Y, apoyándonos en la misma idea:
  m^8+n^8=
    =(m^4)^2+(n^4)^2
      =(m^4+n^4)^2-2\,m^4\,n^4
        =(m^4+n^4)^2-2\,(m\,n)^4
          \overset{(3),(4)}{=}(\dfrac{7}{2})^2-2\cdot (-\dfrac{1}{2})^4
            =\dfrac{49}{4}-2\cdot \dfrac{1}{16}
              =\dfrac{49}{4}-\dfrac{1}{8}
                =\dfrac{98}{8}-\dfrac{1}{8}
                  =\dfrac{97}{8}

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