東工大数学'20年前期[1]
次の問いに答えよ。
(1) の値が、3を法として2に合同である正の整数xをすべて求めよ。 (2) k個の連続した正の整数,・・・,に対して、 () の値がすべて素数になるkの最大値と、そのkに対する連続した正の整数,・・・,をすべて求めよ。ここでk個の連続した整数とは、 となる列のことである。
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解答 3を法として2に合同、ということは、3で割って2余るということです。23はどこから来ているのだろう、と、思いますが、の方にカギがありそうです。理論的に迫る方法が見つからないときは、シラミ潰しに調べていきます。
(1) とすると、,なので、,です。絶対値記号の内側が負になる正の整数xの範囲は、 これで、とかが答になる、とわかってしまいます。ならば、より広げ、片っ端から調べて、xに対して、,を3で割った余りを表にすると、以下のようになります。x | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 |
| 23 | 21 | 17 | 11 | 3 | 7 | 19 | 33 | 49 | 67 | 87 | 109 |
3で割った余り | 2 | 0 | 2 | 2 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 |
この表で、ほぼ問題の全容が見えてしまいます。3回に1回の割で3で割った余りが0になり、の範囲では、3で割り切れるとき以外は余りが2,
の範囲では、3で割り切れるとき以外は余りが1になっているように見えます。
の範囲については、確かめておく必要があります。 (mod. 3) (剰余類を参照)より、i) (mod. 3),または、 (mod. 3)のとき、 (mod. 3), (mod. 3) ii) (mod. 3)のとき、 (mod. 3)より、 (mod. 3), (mod. 3) これより、のとき、 (mod. 3)となることはありません。
については、上記の表より、 (mod. 3)となるのは、 ......[答] のとき。
(2) (1)の表で、の欄に素数が並ぶのは、からまでのところで、17,11,3,7,19の5個の素数が並びます。ですが、においては、(1)(ii)で見たように、3個に1個は3の倍数(xが3で割って2余るとき)なので、5個以上整数が並ぶことはありません。 つまり、のときは、のとき、が最大となり、k個の連続した正の整数,・・・,に対して、 ()の値17,11,3,7,19はすべて素数です。の場合は、(1)(ii)により、3個の連続した正の整数,,に対する ()の値のいずれかは3の倍数となり、5個以上素数が続くことはありません。
よって、求めるkの最大値は5,に対する正の整数は、3,4,5,6,7 ......[答]
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