¿Qué es un número natural n tal que [math] \ sqrt {n + \ sqrt {n + 7}} \ in \ N [/ math]

Bien, supongamos que hay un número natural m para que

[matemáticas] \ sqrt {n + \ sqrt {n + 7}} = m [/ matemáticas].

Luego

[matemáticas] n + \ sqrt {n + 7} = m ^ 2 [/ matemáticas], o

[matemáticas] (m ^ 2-n) ^ 2 = n + 7 [/ matemáticas].

Expanda esto y obtendrá un cuadrático en n cuyo discriminante es

[matemáticas] 4m ^ 2 + 29 [/ matemáticas], que debe ser un cuadrado perfecto.

Entonces, digamos que hay un número natural j para que

[matemáticas] 4m ^ 2 + 29 = j ^ 2 [/ matemáticas].

De nuevo, un poco de álgebra y tendrás eso

[matemáticas] (j-2m) (j + 2m) = 29 [/ matemáticas].

Como todos estos son números naturales,

[matemática] j-2m <j + 2m [/ matemática];

Además, 29 es primo, y así

[matemáticas] j-2m = 1, j + 2m = 29 [/ matemáticas].

Este es un sistema simple; resuélvalo y sustitúyalo para encontrar que la única solución es n = 42.

§

¿Significa esto que tu pregunta es equivalente a “Vida, universo y todo?” … 😉

Más en serio, la forma general [math] \ sqrt {n + \ sqrt {n + k}} \ in \ N [/ math] siempre se puede resolver con n = k (k-1). La pregunta interesante es “¿Para qué k hay muchas soluciones y cuáles son?”.

Así es como lo resolví:

Las raíces tienen que salir limpias.
Hay una auto-similitud entre las dos raíces: la externa y la interna.
[matemática] \ sqrt {n + \ sqrt {n + 7}} [/ matemática] = [matemática] \ sqrt {n + X} [/ matemática] donde [matemática] X = \ sqrt {n + 7} [/ matemática ]
La segunda raíz (interna) define directamente el valor de la raíz externa, porque para resolver n tienes que poder cuadrar dos veces, limpiamente.
Para que ambos salgan limpios, lo siguiente tiene que ser cierto:
[matemáticas] X = 7 [/ matemáticas]

Por lo tanto:
[matemáticas] \ sqrt {n + 7} = 7 [/ matemáticas]
[matemáticas] n + 7 = 49 [/ matemáticas]
[matemáticas] n = 42 [/ matemáticas]

42 por ejemplo.

¿Cuantos años tienes? ¿Debo intentar demostrar que no hay otras posibilidades?
PD. Ya hecho por Jered Wasburn-Moses