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広島大学 2022年度 前期文系数学 第1問

正の整数Nに対し,N7進法で表したときの数字の並びを10進法で表された数だと思って読みとった数をMとする.例えば,N=7のとき,N7進法で10(7)と表されるのでM=10である.このとき,次の問いに答えよ.
(1) M=100のときNの値を求めよ.また,N=100のときMの値を求めよ.
(2) N7進法では3桁で表され,10進法では2桁で表されるとする.2N=Mが成り立つとき,Nの値を求めよ.
(3) 7進法で3桁で表されるNのうちで,2N=Mが成り立つ最大のものを求めよ.
(4) N7進法で4桁で表されるとする.このとき,2N<Mとなることを示せ.

難易度5/ 10計算量5/ 10目安18

整数 式変形、場合分け、範囲評価、数え上げ

方針

7進法の各桁を文字で置き,NMをそれぞれ7の位取りと10の位取りで表す。2N=Mは桁の条件つき一次式になるので,桁の範囲で絞り込む。

解答

(1)
M=100のとき,Nの7進法表示は100(7)であるからN=72=49である。また100=272+07+2より,N=100の7進法表示は202(7)である。したがってM=202である。

(2)
Nの7進法表示をabc(7)とする。ただしaは1から6までの整数,b,cは0から6までの整数である。このときN=49a+7b+c,M=100a+10b+cである。2N=Mより98a+14b+2c=100a+10b+cすなわちc=2a4bである。さらにNは10進法で2桁であるからN<100である。条件を満たす桁を調べると,b=0, a=1, c=2のみが可能である。よってN=102(7)=51である。

(3)
(2)と同じくN=abc(7)とおくとc=2a4bである。最大のN=49a+7b+cを得るには,まずaを最大にする。a=6のときc=124bであり,0c6からb=2,3が可能である。このうちNを大きくするのはb=3で,そのときc=0である。したがって最大のものは630(7)=649+37=315である。

(4)
Nの7進法表示をabcd(7)とする。ただしaは1から6までの整数,b,c,dは0から6までの整数である。このときN=343a+49b+7c+d,M=1000a+100b+10c+dである。よってM2N=314a+2b4cdである。ここでa1, b0, c6, d6よりM2N314246=284>0である。したがって2N<Mである。

別解

解法2(桁の寄与をまとめて最大化する方法)

方針

7進3桁を abc(7) と置き、差 M2N を桁ごとの寄与としてまとめる。
2N=M から c=2a4b を得た後、(2)は10進2桁の制約、
(3)は N=51a+3b の辞書式最大化に使う。(4)も同じ差の最小評価で処理する。

解答

(1)
位取りをそのまま読み替えるとM=100N=100(7)=49,N=100=202(7)M=202.(2)
N=abc(7) とおけばM2N=(100a+10b+c)2(49a+7b+c)=2a4bc,よって c=2a4bN<100 から a2 である。
a=1 では (b,c)=(0,2)a=2 では
(b,c)=(0,4),(1,0) だが後者2組は N100。したがってN=102(7)=51.(3)
同じ関係を使うとN=49a+7b+c=51a+3b.最大の a=6 に対し 0124b6 だから b=2,3
大きい方の b=3 では c=0 なのでmaxN=630(7)=315.(4)
N=abcd(7) とすればM2N=314a+2b4cd314246=284>0.ゆえに常に 2N<M である。

総評

難度5,計算量5。想定時間は18分程度。7進法の桁を文字で置くと一本道になる。(2)では10進法で2桁という条件を忘れると余分な候補が残る。(4)は最小評価で一気に示せるため,各桁の範囲を明確に書くことが大切である。 広島大学公式の問題・出題意図と独立解答を照合し、結論・設問番号・論理の流れを再確認した。

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出典: 広島大学 2022年度 前期 文系数学 第1問(大学公式の問題PDF)。問題文はHTML表示のために再入力・数式組版しています。