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東京大学 1989年度 前期日程 第2次学力試験理系数学 第4問

102101010+3の整数部分のけた数と,1の位の数字を求めよ。ただし,321=10460353203 を用いてよい。

難易度5/ 10計算量4/ 10目安15

数と式整数 式変形、剰余分類、計算整理

方針

m=1010 とおき、m21/(m+3) の整数部分を多項式の割り算で求める。余りは 321 となるので、与えられた 321m+3 の大小を比較して、商からいくつ引けば整数部分になるかを決める。けた数は先頭項 m20=10200 から、1の位は m を含まない最後の項だけから読む。

解答

m=1010 とおく。求める数は 102101010+3=m21m+3 である。

多項式の割り算より (m+3)(m203m19+32m18319m+320)=m21+321 である。したがって m21m+3=Q321m+3 と書ける。ただし Q=m203m19+32m18319m+320 である。

ここで与えられた値から 321=10460353203 であり、m+3=10000000003 だから 1<321m+3<2 である。よって整数部分は Q2 である。

けた数を調べる。Q210200310190+ という形なので 10199<Q2<10200 である。したがって整数部分のけた数は 200 である。

また、Q2 のうち m を含む項はすべて 10 で割り切れる。したがって1の位は 3202 の1の位で決まる。3 の累乗の1の位は 3,9,7,1 を周期4で繰り返すので、320 の1の位は 1 である。よって 3202 の1の位は 9 である。

以上より、整数部分のけた数は 200 であり、1の位の数字は 9 である。

別解。m0(mod10) と見れば、整数部分 Q2 の1の位は最初から 3202 だけで決まる。けた数と1の位を分けて考えると、長い商を完全に書き下す必要が少なくなる。

総評

巨大な数を直接扱わず、割り算の商と余りで処理する整数問題で、10分から12分で取りたい。ポイントは m=1010 と置いて、(m+3)Q=m21+321 となる商 Q を作ること。321/(m+3) が1と2の間にあるため整数部分が Q2 になる点を明記しないと、1の位を1だけ誤る危険がある。けた数は先頭項、1の位は最後の項で見ると整理しやすい。

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出典: 東京大学 1989年度 第2次学力試験 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。