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岡山大学/2025年度/前期

岡山大学 2025年 数学 第1問解答・解説

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1問題

岡山大学2025年度第1問

以下の問いに答えよ。   (1) 方程式 3x+11y=13x+11y=1 の整数解の1つを求めよ。   (2) 方程式 3x+11y=10003x+11y=1000 の整数解をすべて求めよ。   (3) 自然数 x,yx,y が(2)の方程式を満たすとする。∣x−y∣\lvert x-y\rvert の最大値と、そのときの x,yx,y の値を求めよ。

まずは自分で解いてみましょう。詰まったら「考え方」、解けたら「答え」で確かめられます。

2考え方

考え方を見る解き方の方針だけを確かめる

(1)はユークリッドの互除法で1を3と11の整数係数の和に表した。(2)は11で割った余りを使ってxの形を定め、方程式からyを求めて全ての整数解を示した。(3)は自然数条件をパラメーターの範囲に直し、x-yの範囲から絶対値の最大を求めた。

3答え

答えを見る自分の答えと照らし合わせる
  • (1) (x,y)=(4,−1) の一例,(2) x=7+11k, y=89−3k(k∈Z),(3) max⁡∣x−y∣=324,(x,y)=(326,2).\displaystyle \begin{aligned}(1)&\space{}(x,y)=(4,-1)\text{ の一例},\\(2)&\space{}x=7+11k,\space{}y=89-3k\quad(k\in\mathbb{Z}),\\(3)&\space{}\max|x-y|=324,\quad(x,y)=(326,2).\end{aligned}

4解答

解答を見る途中式つきの解答

(1)11=3⋅3+2,3=2⋅1+1 より 1=3−(11−3⋅3)=4⋅3−11=3⋅4+11⋅(−1).したがって、例えば (x,y)=(4,−1) は整数解である。(2)3x+11y=1000 なので、11 で割った余りに注目すると 3x≡1000≡10(mod11). (1) の4⋅3−11=1 より4⋅3≡1(mod11) だから、両辺に4 を掛けて x≡40≡7(mod11).よって整数k を用いて x=7+11k と書ける。これを元の式に代入すると y=1000−3(7+11k)11=89−3k.逆に、任意の整数k に対し 3(7+11k)+11(89−3k)=1000 である。したがって整数解はすべて (x,y)=(7+11k,89−3k)(k は整数) である。(3)x,y が自然数ならば非負整数なので、上の表示から 7+11k≧0,89−3k≧0. k は整数だから 0≦k≦29.この範囲では x=7+11k≧7,y=89−3k≧2 であり、正の整数を自然数とする場合にも全て条件を満たす。また x−y=14k−82 だから −82≦x−y≦324, よって ∣x−y∣≦324. k=29 のとき (x,y)=(326,2),∣x−y∣=324 となるので、最大値は 324 である。\displaystyle \text{(1)}\quad 11=3\cdot3+2,\quad 3=2\cdot1+1\text{ より}\ 1=3-(11-3\cdot3)=4\cdot3-11=3\cdot4+11\cdot(-1).\text{したがって、例えば}\ (x,y)=(4,-1)\text{ は整数解である。}\quad \text{(2)}\quad 3x+11y=1000\text{ なので、}11\text{ で割った余りに注目すると}\ 3x\equiv1000\equiv10\pmod{11}.\text{ (1) の}4\cdot3-11=1\text{ より}4\cdot3\equiv1\pmod{11}\text{ だから、両辺に}4\text{ を掛けて}\ x\equiv40\equiv7\pmod{11}.\text{よって整数}k\text{ を用いて}\ x=7+11k\text{ と書ける。これを元の式に代入すると}\ y=\frac{1000-3(7+11k)}{11}=89-3k.\text{逆に、任意の整数}k\text{ に対し}\ 3(7+11k)+11(89-3k)=1000\text{ である。したがって整数解はすべて}\ (x,y)=(7+11k,89-3k)\quad(k\text{ は整数})\text{ である。}\quad \text{(3)}\quad x,y\text{ が自然数ならば非負整数なので、上の表示から}\ 7+11k\ge0,\quad89-3k\ge0.\text{ }k\text{ は整数だから}\ 0\le k\le29.\text{この範囲では}\ x=7+11k\ge7,\quad y=89-3k\ge2\text{ であり、正の整数を自然数とする場合にも全て条件を満たす。}\text{また}\ x-y=14k-82\text{ だから}\ -82\le x-y\le324,\text{ よって}\ |x-y|\le324.\text{ }k=29\text{ のとき}\ (x,y)=(326,2),\quad|x-y|=324\text{ となるので、最大値は}\ 324\text{ である。}

この問題で使う考え方

  • 約数・倍数
  • ユークリッドの互除法

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