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東北大学 2016年度 前期日程 第2次学力試験文系数学 第3問

ある工場で作る部品A,B,Cはネジをそれぞれ7個,9個,12個使っている。
出荷後に残ったこれらの部品のネジをすべて外したところ,ネジが全部で54個あった。
残った部品A,B,Cの個数をそれぞれl, m, nとして,
可能性のある組(l, m, n)をすべて求めよ。

難易度3/ 10計算量3/ 10目安10分

整数 数え上げ、剰余分類

方針

部品数は負でない整数なので,まず方程式7l+9m+12n=54を立てる。係数のうち9,12,54が3の倍数であることから,lが3の倍数に限られることを使って候補を絞る。あとはl=0,3,6について一次方程式を解き,m,nが負でない整数になるものだけを残す。

解答

残った部品A,B,Cの個数をそれぞれl,m,nとすると,ネジの総数は 7l+9m+12n=54 である。ここで9m,12n,54はいずれも3の倍数なので 7l≡0(mod3) である。7≡1(mod3)だから l≡0(mod3) である。

また7l≦54よりl≦7である。したがって l=0,3,6 だけを調べればよい。 l=0のとき 9m+12n=54 すなわち 3m+4n=18 である。n=0,1,2,3,4を調べると,mが整数になるのは (n,m)=(0,6),(3,2) である。 l=3のとき 9m+12n=33 すなわち 3m+4n=11 である。これを満たす負でない整数解は (n,m)=(2,1) である。 l=6のとき 9m+12n=12 すなわち 3m+4n=4 である。これを満たす負でない整数解は (n,m)=(1,0) である。

以上より,求める組は (l,m,n)=(0,6,0),(0,2,3),(3,1,2),(6,0,1) である。

別解

解法2

方針

nを0から4まで固定し,7l+9m=54−12nを解く。法9でlの合同類を一意に定め,さらに0≦l≦(54−12n)/7<9を使うと,各nについて候補は高々1個になる。表で全候補を確認して漏れを防ぐ。

解答

ネジの総数から7l+9m+12n=54であり,l,m,nは負でない整数である。12n≦54よりn=0,1,2,3,4だけを調べればよい。N=54−12nとおくと7l+9m=N.法9で考えると7l≡N(mod9)であり,7⋅4≡1(mod9)だからl≡4N(mod9)となる。また0≦l≦N/7<9なので,各nで候補となるlは高々1つである。nNlm0540614260230313180246候補なし候補なししたがって求める組は(l,m,n)=(0,6,0),(6,0,1),(3,1,2),(0,2,3)である。

総評

難度3,計算量3。目安時間は10分。立式7l+9m+12n=54が最低限の得点点で,その後は一つの変数を合同式で絞ると漏れなく短く処理できる。解法1は法3でl=0,3,6に絞り,解法2は法9で各nに対するlを高々1個にする。易しい整数問題ほど,非負条件と上限を先に書き,最後に4組を元の式へ代入して検算することが取りこぼし防止になる。

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出典: 東北大学 2016年度 前期 数学(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。