Question Number 97746 by bemath last updated on 09/Jun/20
$$\mathrm{Determine}\:\mathrm{all}\:\mathrm{pairs}\:\left(\mathrm{x},\mathrm{y}\right) \\ $$$$\mathrm{of}\:\mathrm{integers}\:\mathrm{satisfying}\:\mathrm{1}+\mathrm{2}^{\mathrm{x}} +\mathrm{2}^{\mathrm{2x}+\mathrm{1}} =\mathrm{y}^{\mathrm{2}} \: \\ $$
Commented by john santu last updated on 09/Jun/20
$$\mathrm{2}^{{x}} \left(\mathrm{1}+\mathrm{2}^{{x}+\mathrm{1}} \right)\:=\:\left({y}−\mathrm{1}\right)\left({y}+\mathrm{1}\right) \\ $$$${show}\:{that}\:{the}\:{factors}\:{y}−\mathrm{1}\:{and}\:{y}+\mathrm{1} \\ $$$${are}\:{even},\:\mathrm{exactly}\:\mathrm{one}\:\mathrm{of}\:\mathrm{them}\: \\ $$$$\mathrm{divisible}\:\mathrm{by}\:\mathrm{4}.\:\mathrm{Hence}\:\mathrm{x}\geqslant\mathrm{3}\:\mathrm{and}\:\mathrm{one} \\ $$$$\mathrm{of}\:\mathrm{these}\:\mathrm{factors}\:\mathrm{is}\:\mathrm{divisible}\:\mathrm{by}\:\mathrm{2}^{\mathrm{x}−\mathrm{1}} \\ $$$$\mathrm{but}\:\mathrm{not}\:\mathrm{by}\:\mathrm{2}^{\mathrm{x}} .\:\mathrm{so}\:\mathrm{y}\:=\:\mathrm{2}^{\mathrm{x}−\mathrm{1}} \mathrm{m}+\epsilon\:,\:\mathrm{m}\:\mathrm{odd}\:,\:\epsilon\:=\:\pm\mathrm{1} \\ $$$$\mathrm{plugging}\:\mathrm{this}\:\mathrm{into}\:\mathrm{the}\:\mathrm{original}\: \\ $$$$\mathrm{equation}\:\mathrm{we}\:\mathrm{obtain}\:\mathrm{2}^{\mathrm{x}} \left(\mathrm{1}+\mathrm{2}^{\mathrm{x}+\mathrm{1}} \right)=\left(\mathrm{2}^{\mathrm{x}−\mathrm{1}} \mathrm{m}+\epsilon\right)^{\mathrm{2}} −\mathrm{1} \\ $$$$=\:\mathrm{2}^{\mathrm{2x}−\mathrm{2}} \mathrm{m}^{\mathrm{2}} +\mathrm{2}^{\mathrm{x}} \mathrm{m}\epsilon \\ $$$$\mathrm{or}\:\mathrm{equivalently}\:\mathrm{1}+\mathrm{2}^{\mathrm{x}+\mathrm{1}} =\mathrm{2}^{\mathrm{x}−\mathrm{2}} \mathrm{m}^{\mathrm{2}} +\mathrm{m}\epsilon \\ $$$$\Leftrightarrow\:\mathrm{thus}\:\mathrm{we}\:\mathrm{have}\:\mathrm{the}\:\mathrm{complete} \\ $$$$\mathrm{list}\:\mathrm{solutions}\:\left(\mathrm{x},\mathrm{y}\right)\::\:\left(\mathrm{0},\mathrm{2}\right),\left(\mathrm{0},−\mathrm{2}\right), \\ $$$$\left(\mathrm{4},\mathrm{23}\right),\left(\mathrm{4},−\mathrm{23}\right).\: \\ $$
Answered by Rasheed.Sindhi last updated on 18/Jun/20
$$\mathrm{1}+\mathrm{2}^{\mathrm{x}} +\mathrm{2}^{\mathrm{2x}+\mathrm{1}} =\mathrm{y}^{\mathrm{2}} \\ $$$$\:\:\:\:\:\:\:\:\:\mathrm{2}\left(\mathrm{2}^{{x}} \right)^{\mathrm{2}} +\mathrm{2}^{{x}} +\mathrm{1}−{y}^{\mathrm{2}} =\mathrm{0} \\ $$$$\:\:\:\:\mathrm{2}^{{x}} =\frac{−\mathrm{1}\pm\sqrt{\mathrm{1}−\mathrm{8}\left(\mathrm{1}−{y}^{\mathrm{2}} \right)}}{\mathrm{4}} \\ $$$$\:\:\:\:\:\:\:\:=\frac{−\mathrm{1}\pm\sqrt{\left.−\mathrm{7}+\mathrm{8}{y}^{\mathrm{2}} \right)}}{\mathrm{4}} \\ $$$$\:\:\:\:\:\:\:\:\:\mathrm{8}{y}^{\mathrm{2}} −\mathrm{7}={u}^{\mathrm{2}} \\ $$$$\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:{y}^{\mathrm{2}} =\frac{{u}^{\mathrm{2}} +\mathrm{7}}{\mathrm{8}} \\ $$$${u}^{\mathrm{2}} =\mathrm{0},\mathrm{1},\mathrm{4},\mathrm{9},\mathrm{16},…. \\ $$$${u}^{\mathrm{2}} =\mathrm{1}\Rightarrow{y}=\pm\mathrm{1} \\ $$$${u}^{\mathrm{2}} =\mathrm{25}\Rightarrow{y}=\pm\mathrm{2} \\ $$$${u}^{\mathrm{2}} =\mathrm{121}\Rightarrow{y}=\pm\mathrm{4} \\ $$$$ \\ $$$${Continue}\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\: \\ $$