-
563
562
基本 137 1次不定方程式の応用問題
3で割ると2余り,5で割ると3余り 7で割ると4余るような自然数nで最小
のものを求めよ。
基本 135 136
5で割ると3余る数のうち, 7でも3でも割り切れる数
は、7・3=5・4+1の両辺を3倍して
3・7・3=3・5・4+3
指針
条件を満たす自然数を小さい順に書き上げると
[1] 3で割ると2余る自然数は
[2] 5で割ると3余る自然数は
2, 5, 8, 11, 14, 17, 20, 23,
3. 8, 13, 18, 23, ······
[3] 7で割ると4余る自然数は 4, 11, 18, 25, 32, 39, 46, 53.
7で割ると4余る数のうち, 3でも5でも割り切れる数
は, 3・57・2+1の両辺を4倍して
1.3で割ると2余る数のうち,5でも7でも割り切
5-7-3-11+2
れる数は
下線の数を見つけるため
に、ここでは1余る数を
もとにしているが、直ち
63 としてもよい。そ
の次の4・3・560も同様。
[1] [2] に共通な数はであるから、「3で割ると2余り5で割ると3余る」 自然数
[4] 8, 23, 38, 53. 68,
最小数は8で3と5の最小公倍数 15ず
つ大きくなる。
は
求める最小の自然数nは, [3] と [4] に共通な数 (口の数) 53 であることがわかる。
このように、書き上げによって考える方法もあるが、条件を満たす数が簡単に見つか
らない (相当多くの数の書き上げが必要な) 場合は非効率的である。
そこで、問題の条件を1次不定方程式に帰着させ、その解を求める方針で解いてみ
よう。
4・3・5=4・7・2+4
したがって, 5・7+3・7・3+4・3・5=35+63+60=158は,
3で割ると2余り, 5で割ると3余り, 7で割ると4余る
数である。
357の最小公倍数は105であるから, 求める自然数
n=158-105=53
nは
別解2.3で割ると2余り, 5で割ると3余り 7で割ると 合同式を用いた解法。
4余る自然数をn とすると n=2 (mod3) ①,
n=3 (mod5) ...... ②, n=4 (mod 7)
①から n=3s+2 (s は整数)
④を② に代入して 3s+2=3
1=6であるから
3s=6
● ユークリッドの互除法と1次不定方程式
・・・・・・ ④
すなわち 3s=1
解答
nはx, y, zを整数として,次のように表される。
n=3x+2,n=5y+3, n=7z+4
注意
3x+2=5y+3 から 3x-5y=1...・・・ ①
x=2, y=1は, ① の整数解の1つであるから
3(x-2)-5(y-1)=0
3x+2=5y+3
かつ 5y+3=7z+4と
して解いてもよいが, 係
数が小さい方が処理しや
すい。
法5と3は互いに素であるから
s=2 (以上 mod 5)
ゆえに,s=5t+2 (t は整数) と表され、 ④に代入すると
n=3(5t+2)+2=15t+8 ⑤
3(x-2)=5(y-1)
よって
x=5k+2 ···... ②
すなわち
3と5は互いに素であるから, kを整数として, x-2=5k
と表される。
② を3x+2=7z+4に代入して
このとき y=3k+1
⑤を③に代入して 15t+84 すなわち 15t-4
14t=0であるから t=-4 (以上 mod 7)
ゆえに, t=7k-4(kは整数) と表され, ⑤ に代入すると
n=15(7k-4)+8=105k-52
求める最小の自然数nは, k=1を代入して
法と3は互いに素であ
るから、両辺を3で割る
ことができる。
1545 として、法と
15は互いに素であるか
両辺を15で割って
3とすることもでき
る。
n=105・1-52=53
3(5k+2)+2=7z+4
<3x7z=2から
ゆえに
7z-15k=4...... ③
7・(-2)-15・(-1)=1
両辺に4を掛けて
3(x-3)-7(z-1)=0
ゆえに、を整数として
x=71+3
7・(-8)-15・(-4)=4 ...... ④4
③ ④ から
7(z+8)-15(k+4)=0
すなわち
7(z+8)=15(k+4)
7と15は互いに素であるから, lを整数として, z+8=15/
と表される。
これとx=5k+2 を導置
して 5k+2=71+3
よって5k-7l=1
これより、おが求めら
れるが, 方程式を解く手
間が1つ増える。
百五減算
ある人の年齢を3, 5, 7でそれぞれ割ったときの余りをα,b,cとし、70g+216+15e
検討
とする。 このnの値から105を繰り返し引き, 105より小さい数が得られたら、その数が
その人の年齢である。 これは3, 5, 7で割った余りからもとの数を求める和算の1つで、
百五減算と呼ばれる。なお、この計算のようすは合同式を用いると、次のように示される。
求める数をxとすると, xa (mod 3), x=b (mod5) c (mod 7)であり,
n=70a=1.4αx (mod3),
n=15cm1c=cx (mod 7)
n=2101.60x(mod5),
よって
z=157-8
これをn=7z+4 に代入して
n=7(151-8)+4=105-52
よって、 nxは3でも5でも7でも割り切れるから,3,5,7の最小公倍数 105で割り切れ
る。ゆえに、を整数として, n-x=105kから
n-105
このkが105を引く回数である。
求める最小の自然数nは,l=1を代入して
n=53
1054-52>0とすると
52
D>
105
練習 3で割ると2余り、5で割ると1余り, 11で割ると5余る自然数のうちで、