Se da la desigualdad:
$$\frac{\sqrt{5} \left(x + 2\right) - 1}{\sqrt{5} \left(x + 2\right) - 3} + \frac{3}{- \sqrt{5} \left(x + 2\right) + 2} < 3$$
Para resolver esta desigualdad primero hay que resolver la ecuación correspondiente:
$$\frac{\sqrt{5} \left(x + 2\right) - 1}{\sqrt{5} \left(x + 2\right) - 3} + \frac{3}{- \sqrt{5} \left(x + 2\right) + 2} = 3$$
Resolvemos:
Tenemos la ecuación:
$$\frac{\sqrt{5} \left(x + 2\right) - 1}{\sqrt{5} \left(x + 2\right) - 3} + \frac{3}{- \sqrt{5} \left(x + 2\right) + 2} = 3$$
cambiamos:
Saquemos el factor común fuera de paréntesis
$$- \frac{10 x^{2} - 9 \sqrt{5} x + 40 x - 18 \sqrt{5} + 47}{\left(\sqrt{5} x - 3 + 2 \sqrt{5}\right) \left(\sqrt{5} x - 2 + 2 \sqrt{5}\right)} = 0$$
denominador
$$\sqrt{5} x - 3 + 2 \sqrt{5}$$
entonces
x no es igual a -2 + 3*sqrt(5)/5
denominador
$$\sqrt{5} x - 2 + 2 \sqrt{5}$$
entonces
x no es igual a -2 + 2*sqrt(5)/5
Ya que la parte derecha de la ecuación es igual a cero, la solución de la ecuación será, si por lo menos uno de los factores en la parte izquierda de la ecuación es igual a cero.
Obtenemos ecuaciones
$$- 10 x^{2} + x \left(-40 + 9 \sqrt{5}\right) - 47 + 18 \sqrt{5} = 0$$
resolvemos las ecuaciones obtenidas:
1.
$$- 10 x^{2} + x \left(-40 + 9 \sqrt{5}\right) - 47 + 18 \sqrt{5} = 0$$
Abramos la expresión en la ecuación
$$- 10 x^{2} + x \left(-40 + 9 \sqrt{5}\right) - 47 + 18 \sqrt{5} = 0$$
Obtenemos la ecuación cuadrática
$$- 10 x^{2} - 40 x + 9 \sqrt{5} x - 47 + 18 \sqrt{5} = 0$$
Es la ecuación de la forma
a*x^2 + b*x + c = 0
La ecuación cuadrática puede ser resuelta
con la ayuda del discriminante.
Las raíces de la ecuación cuadrática:
$$x_{1} = \frac{\sqrt{D} - b}{2 a}$$
$$x_{2} = \frac{- \sqrt{D} - b}{2 a}$$
donde D = b^2 - 4*a*c es el discriminante.
Como
$$a = -10$$
$$b = -40 + 9 \sqrt{5}$$
$$c = -47 + 18 \sqrt{5}$$
, entonces
D = b^2 - 4 * a * c =
(-40 + 9*sqrt(5))^2 - 4 * (-10) * (-47 + 18*sqrt(5)) = -1880 + (-40 + 9*sqrt(5))^2 + 720*sqrt(5)
Como D > 0 la ecuación tiene dos raíces.
x1 = (-b + sqrt(D)) / (2*a)
x2 = (-b - sqrt(D)) / (2*a)
o
$$x_{1} = -2 - \frac{\sqrt{-1880 + \left(-40 + 9 \sqrt{5}\right)^{2} + 720 \sqrt{5}}}{20} + \frac{9 \sqrt{5}}{20}$$
$$x_{2} = -2 + \frac{\sqrt{-1880 + \left(-40 + 9 \sqrt{5}\right)^{2} + 720 \sqrt{5}}}{20} + \frac{9 \sqrt{5}}{20}$$
pero
x no es igual a -2 + 3*sqrt(5)/5
x no es igual a -2 + 2*sqrt(5)/5
$$x_{1} = -2 - \frac{\sqrt{-1880 + \left(-40 + 9 \sqrt{5}\right)^{2} + 720 \sqrt{5}}}{20} + \frac{9 \sqrt{5}}{20}$$
$$x_{2} = -2 + \frac{\sqrt{-1880 + \left(-40 + 9 \sqrt{5}\right)^{2} + 720 \sqrt{5}}}{20} + \frac{9 \sqrt{5}}{20}$$
$$x_{1} = -2 - \frac{\sqrt{-1880 + \left(-40 + 9 \sqrt{5}\right)^{2} + 720 \sqrt{5}}}{20} + \frac{9 \sqrt{5}}{20}$$
$$x_{2} = -2 + \frac{\sqrt{-1880 + \left(-40 + 9 \sqrt{5}\right)^{2} + 720 \sqrt{5}}}{20} + \frac{9 \sqrt{5}}{20}$$
Las raíces dadas
$$x_{1} = -2 - \frac{\sqrt{-1880 + \left(-40 + 9 \sqrt{5}\right)^{2} + 720 \sqrt{5}}}{20} + \frac{9 \sqrt{5}}{20}$$
$$x_{2} = -2 + \frac{\sqrt{-1880 + \left(-40 + 9 \sqrt{5}\right)^{2} + 720 \sqrt{5}}}{20} + \frac{9 \sqrt{5}}{20}$$
son puntos de cambio del signo de desigualdad en las soluciones.
Primero definámonos con el signo hasta el punto extremo izquierdo:
$$x_{0} < x_{1}$$
Consideremos, por ejemplo, el punto
$$x_{0} = x_{1} - \frac{1}{10}$$
=
$$\left(-2 - \frac{\sqrt{-1880 + \left(-40 + 9 \sqrt{5}\right)^{2} + 720 \sqrt{5}}}{20} + \frac{9 \sqrt{5}}{20}\right) + - \frac{1}{10}$$
=
$$- \frac{21}{10} - \frac{\sqrt{-1880 + \left(-40 + 9 \sqrt{5}\right)^{2} + 720 \sqrt{5}}}{20} + \frac{9 \sqrt{5}}{20}$$
lo sustituimos en la expresión
$$\frac{\sqrt{5} \left(x + 2\right) - 1}{\sqrt{5} \left(x + 2\right) - 3} + \frac{3}{- \sqrt{5} \left(x + 2\right) + 2} < 3$$
$$\frac{-1 + \sqrt{5} \left(\left(- \frac{21}{10} - \frac{\sqrt{-1880 + \left(-40 + 9 \sqrt{5}\right)^{2} + 720 \sqrt{5}}}{20} + \frac{9 \sqrt{5}}{20}\right) + 2\right)}{-3 + \sqrt{5} \left(\left(- \frac{21}{10} - \frac{\sqrt{-1880 + \left(-40 + 9 \sqrt{5}\right)^{2} + 720 \sqrt{5}}}{20} + \frac{9 \sqrt{5}}{20}\right) + 2\right)} + \frac{3}{- \sqrt{5} \left(\left(- \frac{21}{10} - \frac{\sqrt{-1880 + \left(-40 + 9 \sqrt{5}\right)^{2} + 720 \sqrt{5}}}{20} + \frac{9 \sqrt{5}}{20}\right) + 2\right) + 2} < 3$$
/ ______________________________________ \
| / 2 |
| / / ___\ ___ ___|
___ | 1 \/ -1880 + \-40 + 9*\/ 5 / + 720*\/ 5 9*\/ 5 |
-1 + \/ 5 *|- -- - ------------------------------------------ + -------|
3 \ 10 20 20 /
----------------------------------------------------------------------- + ------------------------------------------------------------------------ < 3
/ ______________________________________ \ / ______________________________________ \
| / 2 | | / 2 |
| / / ___\ ___ ___| | / / ___\ ___ ___|
___ | 1 \/ -1880 + \-40 + 9*\/ 5 / + 720*\/ 5 9*\/ 5 | ___ | 1 \/ -1880 + \-40 + 9*\/ 5 / + 720*\/ 5 9*\/ 5 |
2 - \/ 5 *|- -- - ------------------------------------------ + -------| -3 + \/ 5 *|- -- - ------------------------------------------ + -------|
\ 10 20 20 / \ 10 20 20 /
significa que una de las soluciones de nuestra ecuación será con:
$$x < -2 - \frac{\sqrt{-1880 + \left(-40 + 9 \sqrt{5}\right)^{2} + 720 \sqrt{5}}}{20} + \frac{9 \sqrt{5}}{20}$$
_____ _____
\ /
-------ο-------ο-------
x1 x2
Recibiremos otras soluciones de la desigualdad pasando al polo siguiente etc.
etc.
Respuesta:
$$x < -2 - \frac{\sqrt{-1880 + \left(-40 + 9 \sqrt{5}\right)^{2} + 720 \sqrt{5}}}{20} + \frac{9 \sqrt{5}}{20}$$
$$x > -2 + \frac{\sqrt{-1880 + \left(-40 + 9 \sqrt{5}\right)^{2} + 720 \sqrt{5}}}{20} + \frac{9 \sqrt{5}}{20}$$