Question

[Quốc Việt Nguyễn]

Tìm số hữu tỉ x sao cho \(x+\frac{1}{x}\) nhận giá trị nguyên.

Giải chi tiết với ạ

Answer 1

[Nguyễn Việt Lâm]

Để \(x+\frac{1}{x}\) xác định thì x≠0

Do x hữu tỉ và \(x+\frac{1}{x}\in Z\) , đặt \(x=\frac{a}{b}\) với a;b là các số nguyên khác 0, \(\left(a,b\right)=1\) và đặt \(x+\frac{1}{x}=n\in Z\)

Khi đó: \(\frac{a}{b}+\frac{b}{a}=n\Rightarrow a\left(\frac{a}{b}+\frac{b}{a}\right)=a.n\)

\(\Rightarrow\frac{a^2}{b}+b=a.n\Rightarrow\frac{a^2}{b}=a.n-b\)

Do a,b,n nguyên nên \(a.n-b\in Z\Rightarrow\frac{a^2}{b}\in Z\)

Mà \(\left(a,b\right)=1\Rightarrow b=\pm1\)

Chứng minh tương tự ta có \(\frac{b^2}{a}\in Z\) và (a,b)=1 nên suy ra \(a=\pm1\)

=>\(x=\frac{a}{b}=\pm1\)

Vậy \(x=\pm1\) là số hữu tỉ thỏa mãn yêu cầu

Answer 2

[Trần Hoàng Trung]

Để tìm số hữu tỉ \(x\) sao cho biểu thức sau nhận giá trị nguyên:

\(x + \frac{1}{x}\)

ta cần phân tích và giải bài toán này một cách chi tiết.

Bước 1: Giả sử \(x + \frac{1}{x} = n\), với \(n\) là một số nguyên.

Ta sẽ cố gắng tìm điều kiện để biểu thức này là một số nguyên.

• Từ \(x + \frac{1}{x} = n\), ta nhân cả hai vế với \(x\) để loại bỏ mẫu số:
  \(x^{2} + 1 = n \cdot x\)
  hay là:
  \(x^{2} - n \cdot x + 1 = 0\)

Bước 2: Giải phương trình bậc 2

Phương trình \(x^{2} - n \cdot x + 1 = 0\) là một phương trình bậc 2 đối với \(x\). Ta có thể giải phương trình này bằng công thức nghiệm phương trình bậc 2:

\(x = \frac{- \left(\right. - n \left.\right) \pm \sqrt{\left(\right. - n \left.\right)^{2} - 4 \cdot 1 \cdot 1}}{2 \cdot 1}\)\(x = \frac{n \pm \sqrt{n^{2} - 4}}{2}\)

Bước 3: Điều kiện để \(x\) là số hữu tỉ

Để \(x\) là một số hữu tỉ, căn bậc hai \(\sqrt{n^{2} - 4}\) phải là một số nguyên, tức là:

\(n^{2} - 4 \&\text{nbsp};\text{ph}ả\text{i}\&\text{nbsp};\text{l} \overset{ˋ}{\text{a}} \&\text{nbsp};\text{m}ộ\text{t}\&\text{nbsp};\text{s} \overset{ˊ}{\hat{\text{o}}} \&\text{nbsp};\text{ch} \overset{ˊ}{\imath} \text{nh}\&\text{nbsp};\text{ph}ưo\text{ng} .\)

Gọi \(n^{2} - 4 = k^{2}\) với \(k\) là một số nguyên. Ta có:

\(n^{2} - k^{2} = 4\)\(\left(\right. n - k \left.\right) \left(\right. n + k \left.\right) = 4\)

Bước 4: Giải phương trình \(\left(\right. n - k \left.\right) \left(\right. n + k \left.\right) = 4\)

Giải phương trình \(\left(\right. n - k \left.\right) \left(\right. n + k \left.\right) = 4\), ta có các cặp nghiệm của \(\left(\right. n - k , n + k \left.\right)\) là các cặp số nhân với nhau ra 4:

• \(\left(\right. 1 , 4 \left.\right)\)
• \(\left(\right. - 1 , - 4 \left.\right)\)
• \(\left(\right. 2 , 2 \left.\right)\)
• \(\left(\right. - 2 , - 2 \left.\right)\)

Từ đây, ta tìm được các giá trị của \(n\) và \(k\).

Trường hợp 1: \(n - k = 1\) và \(n + k = 4\)

\(n - k = 1 \text{v} \overset{ˋ}{\text{a}} n + k = 4\)

Cộng hai phương trình:

\(2 n = 5 \Rightarrow n = \frac{5}{2}\)

Vậy \(n = \frac{5}{2}\) không phải là một số nguyên, do đó loại.

Trường hợp 2: \(n - k = - 1\) và \(n + k = - 4\)

\(n - k = - 1 \text{v} \overset{ˋ}{\text{a}} n + k = - 4\)

Cộng hai phương trình:

\(2 n = - 5 \Rightarrow n = \frac{- 5}{2}\)

Vậy \(n = \frac{- 5}{2}\) cũng không phải là một số nguyên, do đó loại.

Trường hợp 3: \(n - k = 2\) và \(n + k = 2\)

\(n - k = 2 \text{v} \overset{ˋ}{\text{a}} n + k = 2\)

Cộng hai phương trình:

\(2 n = 4 \Rightarrow n = 2\)

Vậy \(n = 2\).

Trường hợp 4: \(n - k = - 2\) và \(n + k = - 2\)

\(n - k = - 2 \text{v} \overset{ˋ}{\text{a}} n + k = - 2\)

Cộng hai phương trình:

\(2 n = - 4 \Rightarrow n = - 2\)

Vậy \(n = - 2\).

Bước 5: Tính giá trị của \(x\)

Với \(n = 2\) và \(n = - 2\), ta thay vào công thức giải phương trình bậc 2 \(x = \frac{n \pm \sqrt{n^{2} - 4}}{2}\).

Trường hợp \(n = 2\):

\(x = \frac{2 \pm \sqrt{2^{2} - 4}}{2} = \frac{2 \pm \sqrt{4 - 4}}{2} = \frac{2 \pm 0}{2} = 1\)

Trường hợp \(n = - 2\):

\(x = \frac{- 2 \pm \sqrt{\left(\right. - 2 \left.\right)^{2} - 4}}{2} = \frac{- 2 \pm \sqrt{4 - 4}}{2} = \frac{- 2 \pm 0}{2} = - 1\)

Kết luận:

Vậy, giá trị của \(x\) là 1 hoặc -1.