方針
最大公約数の条件を素因数分解で整理する。なので,は,に直せる。(2)はで3と5の倍数を除く。(3)ではを使い,になるようにの37倍条件と偶奇条件を調べる。
解答
(1)
ユークリッドの互除法を用いる。 である。最後に余り1が出たので である。
(2) である。自然数がを満たすには,は15の倍数で,は3でも5でも割れないことが必要十分である。そこで とおくと,条件はとなる。 からまでの整数のうち,3の倍数は44個,5の倍数は26個,15の倍数は8個である。したがって求める個数は である。
(3)
引き続き,,とおく。また である。はすでに3を1つ含むので,となるためには,が37の倍数であり,かつ2の倍数ではなく,3の倍数でもないことが必要である。から,3の倍数でないことと5の倍数でないことはすでに含まれている。 にある37の倍数は である。このうちは2の倍数なので不適,は3の倍数なのでを満たさない。したがって だけが残る。よって である。実際,,であるから,求める自然数は である。
別解
解法2
方針
(1) は互除法,(2)は として15個ごとの周期で互いに素な剰余を数える。(3)は37の倍数だけを候補にし,2・3・5の各条件で絞る。
解答
(1) より,最大公約数は である。
(2) はと同値である。また より である。15個の連続する整数のうち15と互いに素な剰余はの8個である。 で,最後の1から14にも上の8個がすべて現れる。よって個数は(3) , である。 とすると, は37の倍数で,2・3・5のいずれの倍数でもないことが必要十分である。 の37の倍数は は偶数, は3の倍数なので除かれ, だけが残る。したがって
総評
難度4,計算量4。目安時間は15分。最大公約数の問題は,まず素因数分解して「ちょうどその指数だけ共有する」という条件に直すのが定石である。(2)では包除原理の範囲をに移してから数えること,(3)では37を含める一方で2を含めてはいけないことが落とし穴である。最後に候補を2つの最大公約数へ戻して確認すると答案の信頼性が上がる。