è sempre un quadrato perfetto!

Numeri interi, razionali, divisibilità, equazioni diofantee, ...
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fede90
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è sempre un quadrato perfetto!

Messaggio da fede90 »

Questo problema secondo me è fenomenale :lol:

Siano $ $x,y,z$ $ interi positivi che soddisfano $ $\frac{1}{x}-\frac{1}{y}=\frac{1}{z}$ $ e sia $ $h$ $ il massimo comun divisore tra $ $x,y,z$ $. Dimostrare che $ $hxyz$ $ è un quadrato perfetto. Dimostrare poi che anche $ $h(y-x)$ $ è un quadrato perfetto.
Bene, prendiamo un pentagono di [tex]$n$[/tex] lati...
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mod_2
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Messaggio da mod_2 »

Poniamo
$ $x=ah $
$ $y=bh $
$ $z=ch $

La tesi diventa: dimostrare che $ $abc $ è un quadrato.

Riscrivendo l'ipotesi abbiamo che
$ $bc-ac=ab $

A questo punto basta notare che dato un numero intero $ $n $, non può dividere $ $a $, $ $b $ e $ $c $ contemporaneamente, e non può dividere solo uno di loro; perciò $ $n $ compare esattamente 2 volte in $ $abc $, da cui la tesi.

Riscriviamo la tesi del secondo punto:
$ $h(y-x)=h^2(b-a) \Longrightarrow (b-a) $ deve essere un quadrato.

Dal primo punto abbiamo che
$ $bc-ac=ab \Longrightarrow c^2(b-a)=abc $
$ $abc $ è un quadrato perché già dimostrato e quindi $ $b-a $ è per forza un quadrato.
Appassionatamente BTA 197!
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EUCLA
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Messaggio da EUCLA »

Davvero carino! :o

Possiamo riscrivere $ \displaystyle \frac{1}{x}-\frac{1}{y}=\frac{1}{z} $ come $ \displaystyle \frac{y-x}{xy}=\frac{1}{z} $ da cui ricavo $ \displaystyle y-x=\frac{xy}{z} $.
Fidatevi che si ricava allora, anche per gli altri, che $ \displaystyle \frac{xy}{z}, \frac{yz}{x}, \frac{zx}{y} $ devono essere interi.

Per ipotesi $ (x,y,z)=h $. Essendo omogenea l'uguaglianza, posso però moltiplicare ambo i membri per $ h $ senza cambiarne la forma.

Posso dunque lavorare sempre con le variabili $ x,y,z $ supponendo che $ (x,y,z)=1 $ senza alterare il risultato. In fondo prenderò in considerazione $ h $.

Prendiamo in considerazione $ \displaystyle \frac{xy}{z} $ ottenendo che $ z\vert xy $.

Caso 1: $ (x,y)=1 \rightarrow \exists z_1,z_2 \in \mathbb{N}\big{\vert} z=z_1z_2, \ z_1\vert x, \ z_2\vert y $.

Caso 2: $ (x,y)=k $. Se $ z\vert k^2 $ si ha un assurdo perchè sarebbe $ (x,y,z)\not =1 $. Allora, anche in questo caso, esistono $ z_1,z_2 $.

Allora pongo $ x=z_1a, y=z_2b $.
Imponendo ora che $ \displaystyle \frac{yz}{x} $ sia intero, sostituisco e ottengo $ \displaystyle \frac{yz}{x}=\frac{(z_2b)(z_1z_2)}{z_1a}=\frac{bz_2^2}{a} $.

Allo stesso modo, $ \displaystyle \frac{zx}{y}=\frac{(z_1z_2)(z_1a)}{z_2b} =\frac{az_1^2}{b} $.

Ora, per la mia ipotesi $ (x,y,z)=1\rightarrow (z_1a,z_2b,z_1z_2)\rightarrow =1\Rightarrow a\not \vert z_2, b\not \vert z_1 $.

Dalle due relazioni ricaviamo allora $ a\vert b, b\vert a \Rightarrow a=b $.

Allora $ \displaystyle \frac{zx}{y}\cdot y^2=z_1^2y^2 \rightarrow xyz=z_1^2y^2 $ dunque è un quadrato.

Dunque, anche $ h^4xyz $ lo è.

Ovviamente poi se ancora $ (x,y,z)=1 \rightarrow \displaystyle y-z=\frac{xy}{z}=a^2 $ e se consideriamo $ (x,y,z)=h $ anche $ h(y-x) $ è un quadrato (contiene due fattori $ h $ in più rispetto al precedente).

P.S. Non avevo visto la dimostrazione di mod, dato che mentre postavo ho fatto anche tante altre cose, e ora sono leggermente shockata dal fatto che lui ha impiegato metà spazio rispetto a quanto ce ne ho messo io :lol:
Bravo mod! :P
fede90
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Messaggio da fede90 »

Bella la soluzione di mod (quella di eucla prometto di rileggerla con piu calma... :wink: ).

Propongo quindi la mia soluzione, diversa dalle altre due (:shock:), della quale non sono però convinto al 100%.

$ $\frac{1}{z}>0 \Rightarrow \frac{1}{x}-\frac{1}{y}>0 \Rightarrow y>x$ $.
Pongo quindi $ $y=x+k$ $, con $ $k \in \mathbb N$ $. Sostituendo ottengo $ $z=x+\frac{x^2}{k}$ $.
Le soluzioni quindi sono tutte e sole quelle della forma $ $(x,x+k,x+\frac{x^2}{k}), \quad x,y \in \mathbb N, \quad k\mid x^2$ $.
Quindi ho $ $hxyz=\frac{h}{k}\cdot (x(x+k))^2$ $.
Dimostriamo ora che $ $\frac{k}{h}$ $ è un quadrato perfetto. Sia $ $p$ $ un generico primo che compare con esponente $ $a$ $ nella fattorizzazione di $ $x$ $. Siccome $ $k\mid x^2$ $, $ $p$ $ deve comparire in $ $k$ $ con un esponente $ $b$ $ compreso tra $ $0$ $ e $ $2a$ $. Dividiamo in due casi.

Caso 1: $ $0\leq b\leq a$ $. Si nota facilmente che $ $p$ $ compare con esponente $ $b$ $ in $ $y=x+k$ $ e con esponente $ $a$ $ in $ $x$ $ e in $ $z=x+\frac{x^2}{k}$ $. Perciò comparirà in $ $h$ $ con esponente $ $b$ $, e in $ $\frac{k}{h}$ $ con esponente $ $b-b=0$ $.
Caso 2: $ $a<b\leq 2a$ $. Sia $ $b=a+c$ $. Abbiamo che $ $p$ $ compare con esponente $ $a$ $in $ $x$ $ e in $ $y=x+k$ $, mentre compare con esponente $ $2a-(a+c)=a-c$ $ in $ $z=x+\frac{x^2}{k}$ $. Comparirà perciò con esponente $ $a-c$ $ in $ $h$ $ e quindi con esponente $ $a+c-(a-c)=2c$ $ in $ $\frac{k}{h}$ $.

Ripetendo il ragionamento con tutti i primi della fattorizzazione di $ $x$ $, si ottiene che ciascuno compare in $ $\frac{k}{h}$ $ con esponente o $ $0$ $ o $ $2c$ $, quindi sempre pari. Inoltre poi, siccome $ $h\mid x$ $ e $ $h\mid x+k$ $ ottengo $ $h\mid k$ $. Quindi $ $\frac{k}{h}=n^2$ $ per qualche naturale $ $n$ $. Perciò $ $hxyz=\Big(\frac{x(x+k)}{n}\Big)^2$ $, che è la tesi.

Per il secondo punto, riscrivo l'equazione iniziale come $ $z(y-x)=xy$ $ e moltiplico tutto per $ $hz$ $ ottenendo $ $z^2h(y-x)=hxyz$ $ da cui banalmente la tesi.

Well, spero che qualcuno abbia voglia di leggerla e vedere se ci sono degli errori/incompletezze/o quant'altro... Ciao :!:
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String
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Messaggio da String »

Ma non si può anche vedere che la condizione è soddisfatta da frazioni di questo tipo: $ $ \frac {1}{3}-\frac {1}{4} $, $ $ \frac {1}{5}-\frac {1}{6} $ In questo caso infatti il MCD è 1, il mcm è $ x\cdot y=z $ e quindi $ hxyz=x^2y^2 $ che è un quadrato perfetto mentre $ h(y-x)=1 $... Forse è solo un caso particolare, ma ho trovato solo un'eccezione con $ x=2 $, $ y=4 $...
"fatti non foste a viver come bruti,
ma per seguir virtute e canoscenza"(Dante)
fede90
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Messaggio da fede90 »

String ha scritto:Ma non si può anche vedere che la condizione è soddisfatta da frazioni di questo tipo: $ $ \frac {1}{3}-\frac {1}{4} $, $ $ \frac {1}{5}-\frac {1}{6} $ In questo caso infatti il MCD è 1, il mcm è $ x\cdot y=z $ e quindi $ hxyz=x^2y^2 $ che è un quadrato perfetto mentre $ h(y-x)=1 $... Forse è solo un caso particolare, ma ho trovato solo un'eccezione con $ x=2 $, $ y=4 $...
Le soluzioni che hai trovato tu sono del tipo x, x+1, (x(x+1)) e sono un caso particolare (vedi quelle che ho trovato e prova a porre k=1). Mentre le soluzioni del tipo x,2x,2x (come quella 2,4,4) sono un altro caso particolare, in cui poni k=x. Ma ci sono anche altre soluzioni non di queste forme, ad esempio 15, 40, 24 (con x=15 e k=25).
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mod_2
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Messaggio da mod_2 »

fede90 ha scritto: Well, spero che qualcuno abbia voglia di leggerla e vedere se ci sono degli errori/incompletezze/o quant'altro... Ciao :!:
Mi sembra tutto giusto!
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fede90
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Messaggio da fede90 »

mod_2 ha scritto:Mi sembra tutto giusto!
Thanks! :wink:
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