Question Number 22463 by Tinkutara last updated on 18/Oct/17
$$\mathrm{Solve}\:\mathrm{for}\:\mathrm{real}\:{x}: \\ $$$$\frac{\mathrm{1}}{\left[{x}\right]}\:+\:\frac{\mathrm{1}}{\left[\mathrm{2}{x}\right]}\:=\:\left({x}\right)\:+\:\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}, \\ $$$$\mathrm{where}\:\left[{x}\right]\:\mathrm{is}\:\mathrm{the}\:\mathrm{greatest}\:\mathrm{integer}\:\mathrm{less} \\ $$$$\mathrm{than}\:\mathrm{or}\:\mathrm{equal}\:\mathrm{to}\:{x}\:\mathrm{and}\:\left({x}\right)\:=\:{x}\:−\:\left[{x}\right], \\ $$$$\left[\mathrm{e}.\mathrm{g}.\:\left[\mathrm{3}.\mathrm{4}\right]\:=\:\mathrm{3}\:\mathrm{and}\:\left(\mathrm{3}.\mathrm{4}\right)\:=\:\mathrm{0}.\mathrm{4}\right]. \\ $$
Answered by ajfour last updated on 18/Oct/17
$${let}\:{x}={n}+{f} \\ $$$$\Rightarrow\:\frac{\mathrm{1}}{{n}}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}{n}+\left[\mathrm{2}{f}\right]}={f}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}} \\ $$$${Case}\:{I}:\:\:\:{f}<\:\mathrm{1}/\mathrm{2} \\ $$$$\Rightarrow\:\:\:\frac{\mathrm{3}}{\mathrm{2}{n}}={f}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}} \\ $$$$\Rightarrow\:\:\:\:\:\mathrm{0}\leqslant\:\:\frac{\mathrm{3}}{\mathrm{2}{n}}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}\:<\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}} \\ $$$${or}\:\:\:\:\:\Rightarrow\:\:\:\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}\:\leqslant\:\frac{\mathrm{3}}{\mathrm{2}{n}}\:<\frac{\mathrm{5}}{\mathrm{6}} \\ $$$$\Rightarrow\:\:\:\:\frac{\mathrm{9}}{\mathrm{5}}\:<\:{n}\leqslant\frac{\mathrm{9}}{\mathrm{2}} \\ $$$$\Rightarrow\:{n}=\mathrm{2},\:\mathrm{3},\:\mathrm{4} \\ $$$${corresponding}\:{f}=\frac{\mathrm{3}}{\mathrm{2}{n}}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}} \\ $$$$\:{f}=\:\frac{\mathrm{5}}{\mathrm{12}},\:\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{6}},\:\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{24}} \\ $$$${So}\:{x}_{\mathrm{1}} =\mathrm{2}+\frac{\mathrm{5}}{\mathrm{12}}=\:\frac{\mathrm{29}}{\mathrm{12}} \\ $$$$\:\:\:\:\:\:\:{x}_{\mathrm{2}} =\mathrm{3}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{6}}=\frac{\mathrm{19}}{\mathrm{6}} \\ $$$$\:\:\:\:\:\:\:{x}_{\mathrm{3}} =\mathrm{4}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{24}}=\frac{\mathrm{97}}{\mathrm{24}} \\ $$$${Case}\:{II}:\:{if}\:\:\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\leqslant\:{f}\:<\mathrm{1}\: \\ $$$$\frac{\mathrm{1}}{{n}}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}{n}+\mathrm{1}}={f}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}} \\ $$$${As}\:\:\:\:{f}\:\geqslant\mathrm{1}/\mathrm{2} \\ $$$$\:\:\:\:\:\:\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\leqslant\:\frac{\mathrm{3}{n}+\mathrm{1}}{{n}\left(\mathrm{2}{n}+\mathrm{1}\right)}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}\:<\:\mathrm{1} \\ $$$$\Rightarrow\:\:\:\:\frac{\mathrm{5}}{\mathrm{6}}\:\leqslant\:\frac{\mathrm{3}{n}+\mathrm{1}}{{n}\left(\mathrm{2}{n}+\mathrm{1}\right)}\:<\frac{\mathrm{4}}{\mathrm{3}} \\ $$$${condition}\:\left({a}\right): \\ $$$$\Rightarrow\:\:\:\mathrm{10}{n}^{\mathrm{2}} +\mathrm{5}{n}\:\leqslant\:\mathrm{18}{n}+\mathrm{6} \\ $$$${or}\:\:\:\mathrm{10}{n}^{\mathrm{2}} −\mathrm{13}{n}−\mathrm{6}\:\leqslant\:\mathrm{0} \\ $$$$\:\:\:\:\:\:\mathrm{10}\left({n}−\frac{\mathrm{13}}{\mathrm{20}}\right)^{\mathrm{2}} \leqslant\:\mathrm{6}+\frac{\mathrm{169}}{\mathrm{40}} \\ $$$$\:\Rightarrow\:\frac{\mathrm{13}}{\mathrm{20}}−\sqrt{\frac{\mathrm{409}}{\mathrm{400}}}\:\leqslant\:{n}\:\leqslant\:\frac{\mathrm{13}}{\mathrm{20}}+\sqrt{\frac{\mathrm{409}}{\mathrm{400}}}\: \\ $$$$\Rightarrow\:\:\:\:\:\:{n}=\mathrm{0},\:\mathrm{1} \\ $$$${condition}\:\left({b}\right): \\ $$$$\:\:\mathrm{8}{n}^{\mathrm{2}} +\mathrm{4}{n}\:>\:\mathrm{9}{n}+\mathrm{3} \\ $$$$\Rightarrow\:\:\:\mathrm{8}{n}^{\mathrm{2}} −\mathrm{5}{n}−\mathrm{3}\:>\:\mathrm{0} \\ $$$$\Rightarrow\:\:\:\:\:\mathrm{8}\left({n}−\frac{\mathrm{5}}{\mathrm{16}}\right)^{\mathrm{2}} >\:\mathrm{3}+\frac{\mathrm{25}}{\mathrm{32}} \\ $$$${n}\:<\:\frac{\mathrm{5}}{\mathrm{16}}−\frac{\mathrm{11}}{\mathrm{16}}\:{and}\:\:{n}\:>\:\frac{\mathrm{5}}{\mathrm{16}}+\frac{\mathrm{11}}{\mathrm{16}} \\ $$$$\Rightarrow\:\:\:{n}<\:−\frac{\mathrm{6}}{\mathrm{16}}\:{and}\:\:{n}\:>\:\mathrm{1} \\ $$$${Intersection}\:{of}\:{the}\:{two}\:{conditions} \\ $$$${gives}\:{no}\:{solution}\:{for}\:{n}\:{for}\:{this} \\ $$$${case}. \\ $$$$\boldsymbol{{So}}\:{finally}\:\boldsymbol{{x}}=\frac{\mathrm{29}}{\mathrm{12}},\:\frac{\mathrm{19}}{\mathrm{6}},\:\frac{\mathrm{97}}{\mathrm{24}}\:. \\ $$
Commented by Tinkutara last updated on 18/Oct/17
$$\mathrm{Thank}\:\mathrm{you}\:\mathrm{very}\:\mathrm{much}\:\mathrm{Sir}! \\ $$