Cómo racionalizar el denominador de [matemáticas] \ frac {1} {\ sqrt 7 + \ sqrt 6 – \ sqrt {13}} [/ matemáticas]

Mu.

No, de verdad, sería mejor que no hicieras la pregunta. Hay razones teóricas para racionalizar un denominador (que implica principalmente probar que ciertos anillos de números algebraicos son en realidad campos), pero la verdadera razón por la que tales ejercicios están en el plan de estudios de la escuela secundaria / universidad es que, en los viejos tiempos, era computacionalmente costoso poner un decimal largo o flotante en el denominador. Por lo tanto, los ingenieros fueron entrenados para poner todos los flotadores en el numerador y hacer que el denominador tenga el menor número de dígitos posible.

En estos días, nuestros algoritmos de coma flotante manejan todos los denominadores perfectamente bien, por lo que no hay ninguna razón práctica para invertir el esfuerzo de convertir [math] \ frac {1} {\ sqrt {2}} [/ math] a [math] \ frac { \ sqrt {2}} {2} [/ matemáticas]. El primero es tan bueno como el segundo.

En particular, el número que enumera en su pregunta no está en absoluto relacionado visualmente con los formularios “simplificados” a los que es igual. Esas formas “simplificadas” oscurecen la relación entre la expresión y cualquiera que sea la situación que fue la fuente de la expresión / cálculo.

Voy a resolver una pregunta más general de este problema, es decir, una forma de racionalizar cualquier fracción como esta. El punto clave es que los números en el denominador ([matemática] \ sqrt {7} [/ matemática], [matemática] \ sqrt {6} [/ matemática], [matemática] \ sqrt {13} [/ matemática]) son algebraicos , es decir, raíces de algunos polinomios con coeficientes enteros (a saber, [matemáticas] x ^ 2-7 [/ matemáticas], [matemáticas] x ^ 2-6 [/ matemáticas], [matemáticas] x ^ 2-13 [/ matemáticas ]).

Ahora, un teorema muy interesante afirma que la suma de dos o más números algebraicos también es algebraica. Esto significa que existe algo de polinomio [matemática] P (x) [/ matemática] tal que [matemática] P (\ sqrt {7} + \ sqrt {6} + \ sqrt {13}) = 0 [/ matemática]. Por supuesto, encontrarlo sería muy complicado, pero es teóricamente posible (WolframAlpha lo encuentra como “polinomio mínimo”).

Para ver cómo este teorema nos permite racionalizar cualquier fracción de la forma [math] \ displaystyle \ frac {1} {\ sum_ {i = 1} ^ {n} a_i} [/ math], donde [math] a_i [/ matemática] es cualquier número algebraico, llamemos a [matemática] \ alpha [/ matemática] la suma [matemática] \ sum_ {i = 1} ^ {n} a_i [/ ​​matemática]. Además, deje que [math] P (x) [/ math] sea el polinomio mínimo para [math] \ alpha [/ math].

Sabemos que [matemáticas] P (\ alpha) = 0 [/ matemáticas]. También podemos reescribir [matemática] P (x) [/ matemática] como [matemática] x \ cdot {Q (x)} + k [/ matemática], donde [matemática] k [/ matemática] es un número entero. Ahora, si conectamos [math] \ alpha [/ math] obtenemos [math] \ alpha \ cdot {Q (\ alpha)} + k = 0 \ Rightarrow {\ frac {1} {\ alpha} = – \ frac {Q (\ alpha)} {k}} [/ math], ¡y listo!


Sin embargo, este procedimiento es más un resultado teórico que un enfoque eficiente. En su caso, por ejemplo, el polinomio mínimo sería [matemática] x ^ 8-104x ^ 6 + 2368x ^ 4-17472x ^ 2 + 28224 [/ matemática] (¡no completamente manejable!). Por lo tanto, si desea racionalizar una fracción como la que presentó, una computadora es definitivamente su mejor opción.

[matemáticas] \ frac {1} {(\ sqrt {7} + \ sqrt {6}) – \ sqrt {13}} = \ frac {(\ sqrt {7} + \ sqrt {6}) + \ sqrt { 13}} {(\ sqrt {7} + \ sqrt {6}) ^ 2 – 13} [/ matemáticas] [matemáticas] = \ frac {(\ sqrt {7} + \ sqrt {6}) + \ sqrt { 13}} {2 \ sqrt {42}} = \ frac {7 \ sqrt {6} + 6 \ sqrt {7} + \ sqrt {546}} {84} [/ matemáticas]