Question Number 202477 by MATHEMATICSAM last updated on 27/Dec/23
$$\mathrm{If}\:{x}\:=\:\frac{\sqrt{{a}^{\mathrm{2}} \:+\:{b}^{\mathrm{2}} }\:+\:\sqrt{{a}^{\mathrm{2}} \:−\:{b}^{\mathrm{2}} }}{\:\sqrt{{a}^{\mathrm{2}} \:+\:{b}^{\mathrm{2}} }\:−\:\sqrt{{a}^{\mathrm{2}} \:−\:{b}^{\mathrm{2}} }}\:\mathrm{then}\:\mathrm{show}\:\mathrm{that} \\ $$$${b}^{\mathrm{2}} {x}^{\mathrm{2}} \:−\:\mathrm{2}{a}^{\mathrm{2}} {x}\:+\:{b}^{\mathrm{2}} \:=\:\mathrm{0}. \\ $$
Answered by Nimnim111118 last updated on 27/Dec/23
$${We}\:{have}\:\frac{{x}}{\mathrm{1}}\:=\:\frac{\sqrt{{a}^{\mathrm{2}} \:+\:{b}^{\mathrm{2}} }\:+\:\sqrt{{a}^{\mathrm{2}} \:−\:{b}^{\mathrm{2}} }}{\:\sqrt{{a}^{\mathrm{2}} \:+\:{b}^{\mathrm{2}} }\:−\:\sqrt{{a}^{\mathrm{2}} \:−\:{b}^{\mathrm{2}} }} \\ $$$$\Rightarrow\frac{{x}+\mathrm{1}}{{x}−\mathrm{1}}=\frac{\mathrm{2}\sqrt{{a}^{\mathrm{2}} +{b}^{\mathrm{2}} }}{\mathrm{2}\sqrt{{a}^{\mathrm{2}} −{b}^{\mathrm{2}} }}\:\left({componendo}\:\&\:{dividendo}\right) \\ $$$$\Rightarrow\left(\frac{{x}+\mathrm{1}}{{x}−\mathrm{1}}\right)^{\mathrm{2}} =\frac{{a}^{\mathrm{2}} +{b}^{\mathrm{2}} }{{a}^{\mathrm{2}} −{b}^{\mathrm{2}} }\:\left({by}\:{squaring}\:{both}\:{sides}\right) \\ $$$$\Rightarrow\frac{{x}^{\mathrm{2}} +\mathrm{2}{x}+\mathrm{1}}{{x}^{\mathrm{2}} −\mathrm{2}{x}+\mathrm{1}}=\frac{{a}^{\mathrm{2}} +{b}^{\mathrm{2}} }{{a}^{\mathrm{2}} −{b}^{\mathrm{2}} } \\ $$$$\Rightarrow\frac{\mathrm{2}{x}^{\mathrm{2}} +\mathrm{2}}{\mathrm{4}{x}}=\frac{\mathrm{2}{a}^{\mathrm{2}} }{\mathrm{2}{b}^{\mathrm{2}} }\:\left({componendo}\:\&\:{dividendo}\right) \\ $$$$\Rightarrow\frac{{x}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}}{\mathrm{2}{x}}=\frac{{a}^{\mathrm{2}} }{{b}^{\mathrm{2}} }\: \\ $$$$\Rightarrow{b}^{\mathrm{2}} {x}^{\mathrm{2}} +{b}^{\mathrm{2}} =\mathrm{2}{a}^{\mathrm{2}} {x} \\ $$$$\Rightarrow{b}^{\mathrm{2}} {x}^{\mathrm{2}} −\mathrm{2}{a}^{\mathrm{2}} {x}+{b}^{\mathrm{2}} =\mathrm{0} \\ $$
Answered by AST last updated on 27/Dec/23
$${x}=\frac{\left(\sqrt{{a}^{\mathrm{2}} +{b}^{\mathrm{2}} }+\sqrt{{a}^{\mathrm{2}} −{b}^{\mathrm{2}} }\right)^{\mathrm{2}} =\mathrm{2}\left({a}^{\mathrm{2}} +\sqrt{{a}^{\mathrm{4}} −{b}^{\mathrm{4}} }\right)}{\left(\sqrt{{a}^{\mathrm{2}} +{b}^{\mathrm{2}} }\right)^{\mathrm{2}} −\left(\sqrt{{a}^{\mathrm{2}} −{b}^{\mathrm{2}} }\right)^{\mathrm{2}} =\mathrm{2}{b}^{\mathrm{2}} } \\ $$$$\Rightarrow\left({b}^{\mathrm{2}} {x}−{a}^{\mathrm{2}} \right)^{\mathrm{2}} ={a}^{\mathrm{4}} −{b}^{\mathrm{4}} \Rightarrow{b}^{\mathrm{4}} {x}^{\mathrm{2}} −\mathrm{2}{a}^{\mathrm{2}} {b}^{\mathrm{2}} {x}+{a}^{\mathrm{4}} ={a}^{\mathrm{4}} −{b}^{\mathrm{4}} \\ $$$$\Rightarrow{b}^{\mathrm{2}} {x}^{\mathrm{2}} −\mathrm{2}{a}^{\mathrm{2}} {x}+{b}^{\mathrm{2}} =\mathrm{0} \\ $$
Answered by Rasheed.Sindhi last updated on 28/Dec/23
$$\mathrm{If}\:{x}\:=\:\frac{\sqrt{{a}^{\mathrm{2}} \:+\:{b}^{\mathrm{2}} }\:+\:\sqrt{{a}^{\mathrm{2}} \:−\:{b}^{\mathrm{2}} }}{\:\sqrt{{a}^{\mathrm{2}} \:+\:{b}^{\mathrm{2}} }\:−\:\sqrt{{a}^{\mathrm{2}} \:−\:{b}^{\mathrm{2}} }}\:\mathrm{then}\:\mathrm{show}\:\mathrm{that} \\ $$$${b}^{\mathrm{2}} {x}^{\mathrm{2}} \:−\:\mathrm{2}{a}^{\mathrm{2}} {x}\:+\:{b}^{\mathrm{2}} \:=\:\mathrm{0} \\ $$$$\: \\ $$$${b}^{\mathrm{2}} {x}^{\mathrm{2}} \:−\:\mathrm{2}{a}^{\mathrm{2}} {x}\:+\:{b}^{\mathrm{2}} \:=\:\mathrm{0} \\ $$$$\Rightarrow{b}^{\mathrm{2}} \left({x}+\frac{\mathrm{1}}{{x}}\right)−\mathrm{2}{a}^{\mathrm{2}} =\mathrm{0}\:\left({We}\:{need}\:{x}+\frac{\mathrm{1}}{{x}}\right) \\ $$$${Let}\:{A}=\sqrt{{a}^{\mathrm{2}} \:+\:{b}^{\mathrm{2}} }\:+\:\sqrt{{a}^{\mathrm{2}} \:−\:{b}^{\mathrm{2}} }\:\:\&\:\overline {{A}}=\sqrt{{a}^{\mathrm{2}} \:+\:{b}^{\mathrm{2}} }\:−\:\sqrt{{a}^{\mathrm{2}} \:−\:{b}^{\mathrm{2}} }\: \\ $$$${x}=\frac{{A}}{\overset{−} {{A}}}\:,\:{x}+\frac{\mathrm{1}}{{x}}=\frac{{A}}{\overset{−} {{A}}}+\frac{\overset{−} {{A}}}{{A}}=\frac{{A}^{\mathrm{2}} +\left(\overline {{A}}\right)^{\mathrm{2}} }{{A}\overline {{A}}} \\ $$$$\:\:\:=\frac{\left({A}+\overline {{A}}\right)^{\mathrm{2}} −\mathrm{2}{A}\overline {{A}}}{{A}\overline {{A}}} \\ $$$$\begin{cases}{{A}+\overline {{A}}=\mathrm{2}\sqrt{{a}^{\mathrm{2}} +{b}^{\mathrm{2}} }\:}\\{{A}\overline {{A}}=\left(\sqrt{{a}^{\mathrm{2}} +{b}^{\mathrm{2}} }\:\right)^{\mathrm{2}} −\left(\sqrt{{a}^{\mathrm{2}} −{b}^{\mathrm{2}} }\:\right)^{\mathrm{2}} =\mathrm{2}{b}^{\mathrm{2}} }\end{cases} \\ $$$$\:{x}+\frac{\mathrm{1}}{{x}}=\frac{\left(\mathrm{2}\sqrt{{a}^{\mathrm{2}} +{b}^{\mathrm{2}} }\right)^{\mathrm{2}} −\mathrm{2}\left(\mathrm{2}{b}^{\mathrm{2}} \right)}{\mathrm{2}{b}^{\mathrm{2}} }=\frac{\mathrm{2}{a}^{\mathrm{2}} }{{b}^{\mathrm{2}} } \\ $$$$\:{b}^{\mathrm{2}} {x}^{\mathrm{2}} \:−\:\mathrm{2}{a}^{\mathrm{2}} {x}\:+\:{b}^{\mathrm{2}} \:=\:\mathrm{0} \\ $$$$\Rightarrow{b}^{\mathrm{2}} \left({x}+\frac{\mathrm{1}}{{x}}\right)−\mathrm{2}{a}^{\mathrm{2}} =\mathrm{0} \\ $$$$\Rightarrow{b}^{\mathrm{2}} \left(\frac{\mathrm{2}{a}^{\mathrm{2}} }{{b}^{\mathrm{2}} }\right)−\mathrm{2}{a}^{\mathrm{2}} =\mathrm{0} \\ $$$$\Rightarrow\mathrm{0}=\mathrm{0}\:\left({proved}\right) \\ $$