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> Progresión entre {x}, [x] y x, Es un número "bonito"
Matriu
mensaje Aug 6 2021, 10:56 PM
Publicado: #1


Maestro Matemático
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TEX: Sea $x \in \mathbb{R}_{+}$ tal que $\{x\},[x]$ y $x$ forman una progresión geométrica distinta de $\{0,0,0\}$ (aquí $[x]$ denota la parte entera de $x$ y $\{x\}=x-[x]$ es la parte fraccionaria de $x$). Encuentre $x$. <br /><br /><br />\emph{Desafío: Encuentre el menor $n \in \mathbb{Z}_{+}$ tal que $x^{n}>100$.}


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2.718281828
mensaje Aug 7 2021, 02:45 AM
Publicado: #2


Dios Matemático Supremo
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vamos a demostrar que x es el numero de oro TEX: $\phi=\frac{\sqrt{5}+1}{2}$
Para que sea una p.g. válida, se debe tener que TEX: $x\geq 1$, en caso contrario, la parte entera es 0, lo cual pierde sentido en la hipotesis. Luego, usando la definición de parte fraccionaria se debe resolver:

TEX: $$\frac{x-[x]}{[x]}=\frac{[x]}{x}$$
o bien
TEX: $$\frac{\{x\}}{[x]}=\frac{[x]}{[x]+\{x\}}$$
El cual es la clásica ecuación que define la divina proporcion o razón aurea, el cual resolviendo se tiene qu eTEX:  $[x]=\phi{x}$. Notemos que como TEX: $\{x\} \in [0,1[$, entonces TEX: $[x]<\phi$ y esto fuerza a que TEX: $[x]=1$ por definición de parte entera. Finalmente, como están en p.g, se tiene que TEX: $x=\phi [x]=\phi$.

Para el desafio, basta notar que TEX: $\phi^n=F_n \phi+F_{n-1}$ y puede demostrarse que TEX: $\phi^{-n}=(-1)^n(F_{n+1}-F_n\phi$, o equivalentemente TEX: $(-\phi)^{-n}=F_{n+1}-F_n\phi$, por lo tanto TEX: $\phi^n+(-\phi)^{-n}=F_{n+1}+F_{n-1}$
Lo cual significa que la parte entera de TEX: $\phi^n$ debe ser mayor que TEX: $F_{n+1}+F_{n-1}-1$ y menor que TEX: $F_{n+1}+F_{n-1}+1$, donde TEX: $F_n$ es la sucesión de Kung Leo Fibonacci BRIGIDOOOOO.

Notamos entonces que los numeros cercanos a cien en dicha sucesion corresponden a n=8,9,10,11 y 12, con los numeros 21,34,55,89 y 144. Como 21+55=76, tenemos que en n=9 TEX: $\phi^9<77$ y que recien en TEX: $n=10$, tenemos que TEX: $34+89=123$, por lo tanto TEX: $\phi^{10}>122$, por lo que el menor numero que pasa de 100 es 10.

Otra solución que ya pasa mas por tanteo, es notar que como 22^2=484<500, nos da que TEX: $2.2<\sqrt{5}$ y por lo tanto TEX: $1.6<\phi$, notando que TEX: $2^{10}>10^3$ tenemos que TEX: $2>10^{3/10}$ y por lo tanto TEX: $1.6=2^4*10^{-1}>10^{6/5-1}=10^{1/5}$, es decir TEX: $\phi>10^{1/5}$ y por lo tanto TEX: $\phi^n>10^{n/5}$ donde observamos que si TEX: $n=10$ recien se cumple lo pedido (aunque falta ver que en n=9 sigue por debajo de los 100 pero por ahora lo dejo ahi porque tengo sueño).

Saludos
Claudio.


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Claudio Henriquez Tapia
Ingeniero Civil Matemático UTFSM y Prof. DMAT UTFSM
Candidato a Doctor en Estadística UC. Campus San Joaquin
Si todo sale bien, estaría defendiendo en Julio 2024.

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Matriu
mensaje Aug 8 2021, 07:09 AM
Publicado: #3


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Buena, yo lo hice definiendo TEX: $\{ x\}=a,[x]=ar, x=ar^{2}$ y matraqueando...


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