Question Number 136039 by liberty last updated on 18/Mar/21
$${Find}\:{the}\:{value}\:{of}\:{a}^{\mathrm{2}} +{b}^{\mathrm{2}} \: \\ $$$${for}\:{a},{b}\:{real}\:{number}\:{such}\:{that} \\ $$$$\:{a}\:=\:{b}+\frac{\mathrm{1}}{{a}+\frac{\mathrm{1}}{{b}+\frac{\mathrm{1}}{{a}+…}}} \\ $$$${and}\:{b}\:=\:{a}−\frac{\mathrm{1}}{{b}+\frac{\mathrm{1}}{{a}−\frac{\mathrm{1}}{{b}+…}}} \\ $$
Commented by MJS_new last updated on 18/Mar/21
$${a}^{\mathrm{2}} +{b}^{\mathrm{2}} =\sqrt{\mathrm{5}} \\ $$
Commented by liberty last updated on 18/Mar/21
$${how}\:{sir}? \\ $$
Answered by EDWIN88 last updated on 18/Mar/21
$$\left(\mathrm{1}\right)\:{a}\:=\:{b}+\frac{\mathrm{1}}{{a}+\frac{\mathrm{1}}{{a}}}\:;\:{a}\:=\:{b}+\frac{{a}}{{a}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}} \\ $$$$\:{a}\left({a}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}\right)\:=\:{b}\left({a}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}\right)+{a}\:;\:{a}^{\mathrm{3}} \:=\:{a}^{\mathrm{2}} {b}+{b} \\ $$$$\:\Rightarrow{b}\:=\:\frac{{a}^{\mathrm{3}} }{{a}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}}\: \\ $$$$\left(\mathrm{2}\right){b}\:=\:{a}−\frac{\mathrm{1}}{{b}+\frac{\mathrm{1}}{{b}}}\:;\:{b}\:=\:{a}−\frac{{b}}{{b}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}}\: \\ $$$${b}^{\mathrm{3}} +{b}\:=\:{a}\left({b}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}\right)−{b}\:;\:{b}^{\mathrm{3}} +\mathrm{2}{b}\:=\:{a}\left({b}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}\right) \\ $$$$\Rightarrow\:{a}\:=\:\frac{{b}^{\mathrm{3}} +\mathrm{2}{b}}{{b}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}}=\frac{{b}\left({b}^{\mathrm{2}} +\mathrm{2}\right)}{{b}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}} \\ $$$$\Rightarrow{a}\:=\:\frac{{a}^{\mathrm{3}} }{{a}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}}.\left(\frac{{b}^{\mathrm{2}} +\mathrm{2}}{{b}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}}\right)\:\Rightarrow\:\left({a}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}\right)\left({b}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}\right)={a}^{\mathrm{2}} \left({b}^{\mathrm{2}} +\mathrm{2}\right) \\ $$$$\Rightarrow\cancel{{a}^{\mathrm{2}} {b}^{\mathrm{2}} }+{a}^{\mathrm{2}} +{b}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}\:=\:\cancel{{a}^{\mathrm{2}} {b}^{\mathrm{2}} }+\mathrm{2}{a}^{\mathrm{2}} \\ $$$$\Rightarrow{a}^{\mathrm{2}} −{b}^{\mathrm{2}} \:=\:\mathrm{1}\: \\ $$
Answered by MJS_new last updated on 18/Mar/21
$$\left(\mathrm{1}\right)\:{a}={b}+\frac{\mathrm{1}}{{a}+\frac{\mathrm{1}}{{a}}}\:\Leftrightarrow\:{b}=\frac{{a}^{\mathrm{3}} }{{a}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}} \\ $$$$\left(\mathrm{2}\right)\:{b}={a}−\frac{\mathrm{1}}{{b}+\frac{\mathrm{1}}{{b}}}\:\Leftrightarrow\:{a}\left({b}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}\right)−{b}\left({b}^{\mathrm{2}} +\mathrm{2}\right)=\mathrm{0} \\ $$$$\mathrm{insert}\:\left(\mathrm{1}\right)\:\mathrm{into}\:\left(\mathrm{2}\right) \\ $$$$−\frac{{a}\left({a}^{\mathrm{4}} −{a}^{\mathrm{2}} −\mathrm{1}\right)}{\left({a}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}\right)^{\mathrm{3}} }=\mathrm{0} \\ $$$${a}=\mathrm{0}\:\left[\mathrm{rejected}\right] \\ $$$${a}^{\mathrm{4}} −{a}^{\mathrm{2}} −\mathrm{1}=\mathrm{0} \\ $$$$\left({a}^{\mathrm{2}} \right)^{\mathrm{2}} −\left({a}^{\mathrm{2}} \right)−\mathrm{1}=\mathrm{0} \\ $$$${a}^{\mathrm{2}} =\frac{\mathrm{1}−\sqrt{\mathrm{5}}}{\mathrm{2}}\:\left[\mathrm{rejected}\:\mathrm{because}\:{a}\in\mathbb{R}\right]\:\vee\:{a}^{\mathrm{2}} =\frac{\mathrm{1}+\sqrt{\mathrm{5}}}{\mathrm{2}} \\ $$$${b}^{\mathrm{2}} =\frac{{a}^{\mathrm{6}} }{\left({a}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} }=−\frac{\mathrm{1}−\sqrt{\mathrm{5}}}{\mathrm{2}} \\ $$$${a}^{\mathrm{2}} +{b}^{\mathrm{2}} =\sqrt{\mathrm{5}} \\ $$
Answered by mr W last updated on 18/Mar/21
$${from}\:\left(\mathrm{1}\right):\:{a}={b}+\frac{\mathrm{1}}{{a}+\frac{\mathrm{1}}{{a}}}={b}+\frac{{a}}{{a}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}} \\ $$$${a}−{b}=\frac{{a}}{{a}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}}={k}\:{say} \\ $$$${ka}^{\mathrm{2}} −{a}+{k}=\mathrm{0} \\ $$$${a}^{\mathrm{2}} =\frac{{a}}{{a}−{b}}−\mathrm{1} \\ $$$$ \\ $$$${from}\:\left(\mathrm{2}\right):\:{b}={a}−\frac{\mathrm{1}}{{b}+\frac{\mathrm{1}}{{b}}}={a}−\frac{{b}}{{b}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}} \\ $$$${a}−{b}=\frac{{b}}{{b}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}}={k} \\ $$$${kb}^{\mathrm{2}} −{b}+{k}=\mathrm{0} \\ $$$${b}^{\mathrm{2}} =\frac{{b}}{{a}−{b}}−\mathrm{1} \\ $$$$ \\ $$$${a},\:{b}\:{are}\:{roots}\:{of}\:{kx}^{\mathrm{2}} −{x}+{k}=\mathrm{0} \\ $$$${a}+{b}=\frac{\mathrm{1}}{{k}} \\ $$$${ab}=\mathrm{1} \\ $$$${since}\:{a}−{b}={k} \\ $$$$\left({a}+{b}\right)^{\mathrm{2}} −\mathrm{4}{ab}={k}^{\mathrm{2}} \\ $$$$\frac{\mathrm{1}}{{k}^{\mathrm{2}} }−\mathrm{4}={k}^{\mathrm{2}} \\ $$$${k}^{\mathrm{4}} +\mathrm{4}{k}^{\mathrm{2}} −\mathrm{1}=\mathrm{0} \\ $$$${k}^{\mathrm{2}} =−\mathrm{2}+\sqrt{\mathrm{5}}\:>\mathrm{0}\:\:\:\left(−\mathrm{2}−\sqrt{\mathrm{5}}\:<\mathrm{0}\:\:{rejected}\right) \\ $$$${k}^{\mathrm{2}} +\mathrm{2}=\sqrt{\mathrm{5}} \\ $$$$ \\ $$$${a}^{\mathrm{2}} +{b}^{\mathrm{2}} =\frac{{a}+{b}}{{a}−{b}}−\mathrm{2}=\frac{\mathrm{1}}{{k}^{\mathrm{2}} }−\mathrm{2}={k}^{\mathrm{2}} +\mathrm{2}=\sqrt{\mathrm{5}}\:\checkmark \\ $$$$ \\ $$$${a}^{\mathrm{2}} −{b}^{\mathrm{2}} =\left({a}+{b}\right)\left({a}−{b}\right)=\frac{\mathrm{1}}{{k}}×{k}=\mathrm{1}\:\checkmark \\ $$
Answered by ajfour last updated on 19/Mar/21
$${a}−{b}=\frac{\mathrm{1}}{{a}+\frac{\mathrm{1}}{{a}}}=\frac{\mathrm{1}}{{b}+\frac{\mathrm{1}}{{b}}} \\ $$$${clearly}\:\:{a}\neq{b} \\ $$$${but}\:\:\:{a}+\frac{\mathrm{1}}{{a}}={b}+\frac{\mathrm{1}}{{b}} \\ $$$$\Rightarrow\:\:{ab}=\mathrm{1} \\ $$$${now}\:\:\:\left({a}−\frac{\mathrm{1}}{{a}}\right)\left({a}+\frac{\mathrm{1}}{{a}}\right)=\mathrm{1} \\ $$$$\Rightarrow\:\:\:{a}^{\mathrm{2}} −\frac{\mathrm{1}}{{a}^{\mathrm{2}} }=\mathrm{1} \\ $$$${a}^{\mathrm{4}} −{a}^{\mathrm{2}} −\mathrm{1}=\mathrm{0} \\ $$$${a}^{\mathrm{2}} =\frac{\sqrt{\mathrm{5}}+\mathrm{1}}{\mathrm{2}} \\ $$$${b}^{\mathrm{2}} =\frac{\mathrm{1}}{{a}^{\mathrm{2}} }=\frac{\mathrm{2}}{\:\sqrt{\mathrm{5}}+\mathrm{1}}=\frac{\sqrt{\mathrm{5}}−\mathrm{1}}{\mathrm{2}} \\ $$$${a}^{\mathrm{2}} +{b}^{\mathrm{2}} =\sqrt{\mathrm{5}} \\ $$