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整数問題の基礎的な入試問題!2023年慶応義塾大学薬学部大問1(1)の解答・解説

整数問題の基礎的な入試問題!2023年慶応義塾大学薬学部大問1(1) 数A
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今回取り扱う問題は2023年慶応義塾大学の問題です。

 

整数問題の基礎的な問題なので、絶対に落としたくないような問題です。整数問題が苦手な方はぜひ最後までご覧ください。

 

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それではさっそくやっていきましょう。

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問題文

$6a^3bc+11a^2b^2c+3ab^3c=6270$を満たす$\,(a,\,b,\,c)\,$の組をすべて求めよ。
ただし,$a,\,b,\,c\,$はそれぞれ$\,2\,$以上の整数とする。
(本来の問題は簡単な誘導がありましたが、そちらは必要ないと判断したので省略しています。)

 

これから先は解説になります。

自力で解いてみたい方は、ここでいったんストップして挑戦してみてください。

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動画で解説を見たい方へ

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動画での解説は下記より確認できます。

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本問題を解く上での考え方・ポイント

さて、今回の問題は整数問題なわけですが、整数問題を解く上で、9割以上は下記の解き方で解くことができます。

①積の形を作る
②条件から範囲を絞る
③倍数や余りに注目する

 

今回の与えられている方程式を見て、すぐに「共通因数を持っているので因数分解して積の形に変形できるな」という風に気付けるかがポイントです。
因数分解すると方程式の左辺は5つの積の形にすることができます。
因数分解した後、$6270$を素因数分解すると5つの素因数を持っていることが分かります。
そこで、条件の$a,\,b,\,c\,$が2以上の整数という条件がポイントとなってきます。
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解答・解説

解答

$6a^3bc+11a^2b^2c+3ab^3c=6270$
$\Leftrightarrow$ $abc(6a^2+11ab+3b^2)=6270$
$\Leftrightarrow$ $abc(2a+3b)(3a+b)=6270$

また、$6270=2\times 3\times 5\times 11\times 19$

$a,\,b,\,c\,$は$\,2\,$以上の整数であるから、
$\{a,\,b,\,c,\,2a+3b,\,3a+b\}=\{2,\,3,\,5,\,11,\,19\,\}$

また,$2a+3b\,$と$\,3a+b\,$の取り得る値の範囲に着目すると,
$2a+3b\geqq 2\cdot2+3\cdot 2 = 10$
$3a+b\geqq 3\cdot 2 + 2 = 8$

$\therefore \,$ $(2a+3b,\,3a+b)=(11,\,19),\,(19,\,11)$に限られる。

(ⅰ)$2a+3b=11,\,3a+b=19\,$のとき
$a=\dfrac{46}{7}\,$となり、整数ではないので不適。

(ⅱ)$2a+3b=19,\,3a+b=11\,$のとき
$a=2,\,b=5$

以上より、求める$\,(a,\,b,\,c)\,$は,
$\,(a,\,b,\,c)=(2,\,5,\,3)$

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さいごに

いかがでしたでしょうか。

 

今回は2023年慶応義塾大学の整数問題を解説しました。

 

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今回は以上です。

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