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東北大学 2006年度 後期日程 第2次学力試験文系(後期)数学 第2問

6nが39桁(けた)の自然数になるときの自然数nを求めよ.
その場合のnに対する6nの最高位の数字を求めよ.
ただしlog⁡102=0.3010,log⁡103=0.4771とする.

難易度4/ 10計算量3/ 10目安12分

指数・対数 範囲評価、計算整理

方針

桁数は常用対数で判定する。6n が39桁である条件は 38≦nlog⁡106<39 であり,log⁡106=0.7781 を使って自然数 n を絞る。最高位の数字は,nlog⁡106 の小数部分 r について 10r がどの整数区間 [d,d+1) に入るかで決まる。

解答

与えられた値から log⁡106=log⁡102+log⁡103=0.3010+0.4771=0.7781 である。

自然数 N が39桁であることは 1038≦N<1039 と同値である。したがって 6n が39桁である条件は 1038≦6n<1039 であり,常用対数をとると 38≦nlog⁡106<39 となる。よって 38≦0.7781n<39 である。

これを計算すると 380.7781≦n<390.7781 であり,実際に 0.7781⋅48=37.3488<38, 0.7781⋅49=38.1269,0.7781⋅50=38.9050, 0.7781⋅51=39.6831>39 である。したがって n=49,50 である。

次に最高位の数字を求める。n=49 のとき log⁡10649=38.1269 であるから 649=1038⋅100.1269 である。ここで 0<0.1269<log⁡102=0.3010 なので 1<100.1269<2 である。したがって最高位の数字は 1 である。 n=50 のとき log⁡10650=38.9050 である。ここで log⁡108=3log⁡102=0.9030 であり,log⁡109=2log⁡103=0.9542 である。したがって log⁡108<0.9050<log⁡109 だから 8<100.9050<9 である。よって最高位の数字は 8 である。

以上より n=49 のとき最高位は 1,n=50 のとき最高位は 8 である。

桁数は対数の整数部分、最高位は小数部分を log⁡2,log⁡8,log⁡9 と比較して決める。

総評

難度4,計算量3。目安時間は12分。39桁条件を 38≦log⁡106n<39 と書ければ大きく迷わない。最高位は近似値を直接10の冪に戻すのではなく,log⁡102,log⁡108,log⁡109 と比較すると安全である。端の不等号を逆にしないことが重要である。 与えられた4桁の対数値に基づく判定なので、境界比較は丸め誤差に接近していないことも確認する。

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出典: 東北大学 2006年度 後期 数学。問題文はHTML表示のために再入力・数式組版しています。