¿Es [matemática] \ sqrt {r + 1} + \ sqrt {r-1} [/ matemática] racional o irracional?

Suponiendo que [math] \ sqrt {r-1} + \ sqrt {r + 1} [/ math] es racional.

Deje [math] \ sqrt {r-1} + \ sqrt {r + 1} = \ frac {p} {q} = x, [/ math]

[matemáticas] x- \ sqrt {r-1} = \ sqrt {r + 1}, [/ matemáticas]

Cuadrando LHS y RHS,

[matemáticas] x² + r-1-2x \ sqrt {r-1} = r + 1, [/ matemáticas]

[matemáticas] x²-2x \ sqrt {r-1} -2 = 0, [/ matemáticas]

[matemáticas] \ sqrt {r-1} = \ frac {x²-2} {2x} [/ matemáticas]

[matemáticas] (\ frac {x²-2} {2x}) ^ 2 + 1 = r [/ matemáticas]

[matemáticas] r = \ frac {(\ frac {p} {q}) ^ 4 + 4} {4 (\ frac {p} {q}) ^ 2} [/ matemáticas]

[matemáticas] r = \ frac {x²} {4} + \ frac {1} {x²} [/ matemáticas]

Por lo tanto, aquí no hay una solución integral. (Como [math] \ frac {1} {x²} [/ math] nunca es un entero, por lo tanto, 1 no es divisible por [math] x² [/ math] excepto [math] x = 1 [/ math])

Podemos adoptar un enfoque similar de la prueba de que [math] \ sqrt {2} [/ math] es irracional. Suponga que [math] \ sqrt {r + 1} + \ sqrt {r-1} [/ math] es racional. Luego están los números coprimos [math] a [/ math] y [math] b [/ math] de manera que [math] \ sqrt {r + 1} + \ sqrt {r-1} = \ frac {a} {b }[/matemáticas]. Desarrollando esto obtenemos [matemáticas] 2r + 2 \ sqrt {r ^ 2-1} = \ frac {a ^ 4} {b ^ 4} \ Rightarrow \ sqrt {r ^ 2-1} = \ frac {a ^ 2 } {2b ^ 2} -r \ Rightarrow r ^ 2-1 = \ frac {a ^ 4} {4b ^ 4} – \ frac {a ^ 2 r} {b ^ 2} + r ^ 2 \ Rightarrow \ frac {a ^ 2r} {b ^ 2} – \ frac {a ^ 4} {4b ^ 4} = 1 [/ matemáticas], en última instancia, obtenemos [matemáticas] a ^ 4 = 4a ^ 2b ^ 2r – 4b ^ 4 [/ math], el término de la derecha es par [math] a ^ 4 [/ math] debe ser par, por lo tanto [math] a [/ math] debe ser par. Deje que [math] a [/ math] sea [math] 2x [/ math]. Sustituyendo tenemos [matemática] 16x ^ 4 = 16x ^ 2b ^ 2r – 4b ^ 4 \ Rightarrow b ^ 4 = 4x ^ 2b ^ 2r – 4x ^ 4 [/ matemática], nuevamente, el término de la mano derecha es así [matemática ] b ^ 4 [/ math] debe ser par, por lo tanto [math] b [/ math] debe ser par, pero luego [math] a [/ math] y [math] b [/ math] son ​​pares y contradice que son coprimos Esto concluye que [math] \ sqrt {r + 1} + \ sqrt {r-1} [/ math] no puede ser racional.

Ahora, creo que debe haber una solución más elegante y original, pero esto es lo que se me ocurre.

Probemos esto para algunos valores.

Deje [math] r = 1 [/ math].

[matemáticas] \ sqrt {r + 1} + \ sqrt {r-1} = \ sqrt {2} + 0 = \ sqrt {2} [/ matemáticas], lo cual es irracional.

En este punto, se da cuenta de que la expresión será racional si [math] r + 1 [/ math] y [math] r-1 [/ math] son ​​cuadrados perfectos.

No hay un número [math] n \ in \ mathbb {N} [/ math] que satisfaga la propiedad.