Question Number 140774 by ajfour last updated on 12/May/21
$${Prove}\:{that} \\ $$$$\:\left(\frac{\mathrm{1}}{\:\sqrt{\mathrm{2}}}+\frac{\mathrm{5}}{\mathrm{3}\sqrt{\mathrm{6}}}\right)^{\mathrm{1}/\mathrm{3}} +\left(\frac{\mathrm{1}}{\:\sqrt{\mathrm{2}}}−\frac{\mathrm{5}}{\mathrm{3}\sqrt{\mathrm{6}}}\right)^{\mathrm{1}/\mathrm{3}} =\:\sqrt{\mathrm{2}} \\ $$
Commented by ajfour last updated on 12/May/21
$${All}\:{are}\:{Excellent}\:{solutions}\:: \\ $$$${cant}\:{we}\:{then}\:{always}\:{have}\:{a} \\ $$$${compact}\:{answer}\:{to} \\ $$$$\:\:\left({a}+{ib}\right)^{\mathrm{1}/\mathrm{3}} +\left({a}−{ib}\right)^{\mathrm{1}/\mathrm{3}} ={x} \\ $$$${without}\:{trigo}\:{functions},\:{that}\:{is}. \\ $$
Commented by MJS_new last updated on 13/May/21
$${p}^{\mathrm{1}/\mathrm{3}} +{q}^{\mathrm{1}/\mathrm{3}} ={x} \\ $$$${p}+{q}+\mathrm{3}{p}^{\mathrm{1}/\mathrm{3}} {q}^{\mathrm{1}/\mathrm{3}} \left({p}^{\mathrm{1}/\mathrm{3}} +{q}^{\mathrm{1}/\mathrm{3}} \right)={x}^{\mathrm{3}} \\ $$$$\mathrm{3}{p}^{\mathrm{1}/\mathrm{3}} {q}^{\mathrm{1}/\mathrm{3}} {x}={x}^{\mathrm{3}} −{p}−{q} \\ $$$${x}^{\mathrm{9}} −\mathrm{3}\left({p}+{q}\right){x}^{\mathrm{6}} +\mathrm{3}\left({p}^{\mathrm{2}} −\mathrm{7}{pq}+{q}^{\mathrm{2}} \right){x}^{\mathrm{3}} −\left({p}+{q}\right)^{\mathrm{3}} =\mathrm{0} \\ $$$${p}={a}+{b}\mathrm{i}\wedge{q}={a}−{b}\mathrm{i} \\ $$$${x}^{\mathrm{9}} −\mathrm{6}{ax}^{\mathrm{6}} −\mathrm{3}\left(\mathrm{5}{a}^{\mathrm{2}} +\mathrm{9}{b}^{\mathrm{2}} \right){x}^{\mathrm{3}} −\mathrm{8}{a}^{\mathrm{3}} =\mathrm{0} \\ $$$${x}={t}^{\mathrm{1}/\mathrm{3}} \\ $$$${t}^{\mathrm{3}} −\mathrm{6}{at}^{\mathrm{2}} −\mathrm{3}\left(\mathrm{5}{a}^{\mathrm{2}} +\mathrm{9}{b}^{\mathrm{2}} \right){t}−\mathrm{8}{a}^{\mathrm{3}} =\mathrm{0} \\ $$$${t}={z}+\mathrm{2}{a} \\ $$$${z}^{\mathrm{3}} −\mathrm{27}\left({a}^{\mathrm{2}} +{b}^{\mathrm{2}} \right){z}−\mathrm{54}{a}\left({a}^{\mathrm{2}} +{b}^{\mathrm{2}} \right)=\mathrm{0} \\ $$$$\mathrm{only}\:\mathrm{if}\:\mathrm{this}\:\mathrm{has}\:\mathrm{a}\:“\mathrm{nice}''\:\mathrm{solution}… \\ $$
Commented by ajfour last updated on 13/May/21
Thanks Sir, i dont think it always be as nice..
Answered by liberty last updated on 12/May/21
$$\mathrm{a}+\mathrm{b}\:=\:\frac{\mathrm{a}^{\mathrm{3}} +\mathrm{b}^{\mathrm{3}} }{\mathrm{a}^{\mathrm{2}} −\mathrm{ab}+\mathrm{b}^{\mathrm{2}} } \\ $$$$\left(\frac{\mathrm{1}}{\:\sqrt{\mathrm{2}}}+\frac{\mathrm{5}}{\mathrm{3}\sqrt{\mathrm{6}}}\right)^{\mathrm{1}/\mathrm{3}} +\left(\frac{\mathrm{1}}{\:\sqrt{\mathrm{2}}}−\frac{\mathrm{5}}{\mathrm{3}\sqrt{\mathrm{6}}}\right)^{\mathrm{1}/\mathrm{3}} \\ $$$$=\:\frac{\sqrt{\mathrm{2}}}{\left[\left(\frac{\mathrm{1}}{\:\sqrt{\mathrm{2}}}+\frac{\mathrm{5}}{\mathrm{3}\sqrt{\mathrm{6}}}\right)^{\mathrm{2}} \right]^{\mathrm{1}/\mathrm{3}} −\sqrt[{\mathrm{3}\:}]{\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{27}}}\:+\:\left[\left(\frac{\mathrm{1}}{\:\sqrt{\mathrm{2}}}−\frac{\mathrm{5}}{\mathrm{3}\sqrt{\mathrm{6}}}\right)^{\mathrm{2}} \right]^{\mathrm{1}/\mathrm{3}} } \\ $$$$=\:\frac{\sqrt{\mathrm{2}}}{\:\sqrt[{\mathrm{3}\:}]{\frac{\mathrm{52}}{\mathrm{54}}+\frac{\mathrm{5}}{\mathrm{3}\sqrt{\mathrm{3}}}}+\sqrt[{\mathrm{3}\:}]{\frac{\mathrm{52}}{\mathrm{54}}−\frac{\mathrm{5}}{\mathrm{3}\sqrt{\mathrm{3}}}}\:−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}} \\ $$$$=\frac{\sqrt{\mathrm{2}}}{\:\frac{\mathrm{4}}{\mathrm{3}}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}}\:=\:\sqrt{\mathrm{2}} \\ $$
Answered by som(math1967) last updated on 12/May/21
$${let}\:{a}=\left(\frac{\mathrm{1}}{\:\sqrt{\mathrm{2}}}+\frac{\mathrm{5}}{\mathrm{3}\sqrt{\mathrm{6}}}\right)\:{b}=\left(\frac{\mathrm{1}}{\:\sqrt{\mathrm{2}}}−\frac{\mathrm{5}}{\mathrm{3}\sqrt{\mathrm{6}}}\right) \\ $$$${a}+{b}=\frac{\mathrm{2}}{\:\sqrt{\mathrm{2}}}=\sqrt{\mathrm{2}} \\ $$$$\:{ab}=\left(\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}−\frac{\mathrm{25}}{\mathrm{54}}\right)=\frac{\mathrm{2}}{\mathrm{54}}=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{27}} \\ $$$$\:{a}^{\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}} {b}^{\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}} =\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}} \\ $$$${a}+{b}=\sqrt{\mathrm{2}} \\ $$$$\left({a}^{\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}} +{b}^{\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}} \right)^{\mathrm{3}} −\mathrm{3}{a}^{\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}} {b}^{\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}} \left({a}^{\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}} +{b}^{\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}} \right)=\sqrt{\mathrm{2}} \\ $$$$\left({a}^{\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}} +{b}^{\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}} \right)^{\mathrm{3}} −\mathrm{3}×\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}×\sqrt{\mathrm{2}}=\sqrt{\mathrm{2}} \\ $$$$\left({a}^{\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}} +{b}^{\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}} \right)^{\mathrm{3}} =\mathrm{2}\sqrt{\mathrm{2}}=\left(\sqrt{\mathrm{2}}\right)^{\mathrm{3}} \\ $$$$\left({a}^{\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}} +{b}^{\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}} \right)=\sqrt{\mathrm{2}} \\ $$$$\therefore\:\left(\frac{\mathrm{1}}{\:\sqrt{\mathrm{2}}}+\frac{\mathrm{5}}{\mathrm{3}\sqrt{\mathrm{6}}}\right)^{\mathrm{1}/\mathrm{3}} +\left(\frac{\mathrm{1}}{\:\sqrt{\mathrm{2}}}−\frac{\mathrm{5}}{\mathrm{3}\sqrt{\mathrm{6}}}\right)^{\mathrm{1}/\mathrm{3}} =\sqrt{\mathrm{2}} \\ $$$$ \\ $$
Answered by mnjuly1970 last updated on 12/May/21
$${X}^{\mathrm{3}} :=\sqrt{\mathrm{2}}\:+\mathrm{3}\left(\sqrt[{\mathrm{3}}]{\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}−\frac{\mathrm{25}}{\mathrm{54}}}\:\right)\left({X}\right) \\ $$$$\:\:\:{X}^{\mathrm{3}} =\sqrt{\mathrm{2}}\:+\mathrm{3}\sqrt[{\mathrm{3}}]{\frac{\mathrm{27}−\mathrm{25}}{\mathrm{54}}}\:{X} \\ $$$$\:\:\:{X}^{\mathrm{3}} =\sqrt{\mathrm{2}}\:+{X}\Rightarrow\:{X}=\sqrt{\mathrm{2}}\:\in\mathbb{R}\: \\ $$$$\:\:\:{X}^{\mathrm{3}} −\mathrm{2}{X}+{X}−\sqrt{\mathrm{2}}=\mathrm{0} \\ $$$$\:\:\:\:\:{X}\left({X}−\sqrt{\mathrm{2}}\:\right)\left({X}+\sqrt{\mathrm{2}}\:\right)+\left({X}−\sqrt{\mathrm{2}}\:\right)=\mathrm{0} \\ $$$$\:\:\:\:\Rightarrow\:\left\{_{{X}^{\mathrm{2}} +{X}\sqrt{\mathrm{2}}\:+\mathrm{1}=\mathrm{0}\:\Rightarrow{X}\in\mathbb{C}} ^{\:{X}=\sqrt{\mathrm{2}}} \right. \\ $$$$\:\:\:\:\: \\ $$