第3章 数学と人間の活動

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数研出版数学A 第1章 場合の数と確率
数研出版数学A 第2章 図形の性質
数研出版数学A 第3章 数学と人間の活動
第3章 数学と人間の活動
\({\small (2)}~6~,~12~,~18~,~24~,~30\)
解法のPoint|約数と倍数の求め方
\(\begin{eqnarray}~~~N&=&1000a+100b+10c+d\\[2pt]~~~&=&8{\, \small \times \,}125a+(100b+10c+d)\end{eqnarray}\)
よって、\(N\) が \(8\) の倍数となるのは、
\(100b+10c+d\) が \(8\) の倍数であればよい
したがって、下3桁が \(8\) の倍数のときである
解法のPoint|4の倍数・5の倍数・8の倍数の判別
\(~~~1+5+0+4+7=17\)
奇数桁目の数の和は、
\(~~~3+8+2+6+9=28\)
これらの差は、
\(~~~28-17=11\)
これが \(11\) の倍数となるので、
\(1358024679\) は \(11\) の倍数となる
\({\small (2)}~7\)
解法のPoint|11の倍数の判別
\(~~~,~19~,~23~,~29~,~31~,~37~,~41\)
\(~~~,~43~,~47~,~53~,~59~,~61~,~67\)
\(~~~,~71~,~73~,~79~,~83~,~89~,~97\)
解法のPoint|素因数分解の方法
\({\small (3)}~2\cdot3^3\cdot7\) \({\small (4)}~2^2\cdot3\cdot5\cdot7^2\)
解法のPoint|素因数分解の方法
\({\small (2)}~1~,~2~,~3~,~5~,~6~,~9~,~10\)
\(~~~~~15~,~18~,~30~,~45~,~90\)
解法のPoint|素因数分解と正の約数
\({\small (2)}~\)奇数
\({\small (3)}~\)(1) と (2) より、正の約数の個数が奇数であれば、ひっくり返された回数が奇数となり、裏向きのカードとなる
\(1\) 〜 \(15\) までの数を素因数分解し、正の約数の個数を調べると、
\(1=1^1\) 正の約数 \(1\) 個
\(2=2^1\) 正の約数 \(2\) 個
\(3=3^1\) 正の約数 \(2\) 個
\(4=2^2\) 正の約数 \(3\) 個
\(5=5^1\) 正の約数 \(2\) 個
\(6=2^1\cdot 3^1\) 正の約数 \(4\) 個
\(7=7^1\) 正の約数 \(2\) 個
\(8=2^3\) 正の約数 \(4\) 個
\(9=3^2\) 正の約数 \(3\) 個
\(10=2^1\cdot 5^1\) 正の約数 \(4\) 個
\(11=11^1\) 正の約数 \(2\) 個
\(12=2^2\cdot 3^1\) 正の約数 \(6\) 個
\(13=13^1\) 正の約数 \(2\) 個
\(14=2^1\cdot 7^1\) 正の約数 \(4\) 個
\(15=3^1\cdot 5^1\) 正の約数 \(4\) 個
これより、正の約数の個数が奇数となるのは、
\(1=1^2~,~4=2^2~,~9=3^2\)
これらで、\(n^2\) の形をした数だけである
解法のPoint|素因数分解と正の約数
\(~~~~~12~,~15~,~20~,~30~,~60\)
\({\small (2)}~1~,~2~,~3~,~6~,~8~,~9~,~12\)
\(~~~~~18~,~24~,~36~,~72\)
\({\small (3)}~a=12\)
解法のPoint|素因数分解と最大公約数・最小公倍数
\({\small (3)}~6300\)
解法のPoint|素因数分解と最大公約数・最小公倍数
\(~~~~~39~~~46~~~53~~~60~~~67\)
\(~~~~~74~~~81~~~88~~~95~~~102\)
\({\small (2)}~4~~~1~~~3~~~0~~~2\)
\(~~~~~4~~~1~~~3~~~0~~~2\)
\(~~~~~4~~~1~~~3~~~0~~~2\)
\({\small (3)}~53\)
解法のPoint|整数の割り算・商と余りの式
\({\small (2)}~\)商 \(-4\)、余り \(1\)
解法のPoint|整数の割り算・商と余りの式
\({\small (3)}~2\) \({\small (4)}~0\)
解法のPoint|商と余りの式を用いた余りの計算
\(70a+21b+15c\) を \(3\) で割った余りは、
\(~~~70a+21b+15c=3(23a+7b+5c)+a\)
これより、\(a\) となる
\(70a+21b+15c\) を \(5\) で割った余りは、
\(~~~70a+21b+15c=5(14a+4b+3c)+b\)
これより、\(b\) となる
\(70a+21b+15c\) を \(7\) で割った余りは、
\(~~~70a+21b+15c=7(10a+3b+2c)+c\)
これより、\(c\) となる
[終]
それぞれを素因数分解すると、
\(391=17{\, \small \times \,}23~,~299=13{\, \small \times \,}23\)
よって、\(391\) と \(299\) の最大公約数である
解法のPoint|ユークリッドの互除法と最大公約数
\({\small (3)}~1\) \({\small (4)}~47\)
解法のPoint|ユークリッドの互除法と最大公約数
[証明]
\(\begin{eqnarray}~~~{\rm IF}&=&\sqrt{2}-1\\[2pt]~~~{\rm IC}&=&1-(\sqrt{2}-1)=2-\sqrt{2}\end{eqnarray}\)
ここで、
\(\begin{eqnarray}~~~&&{\rm IF:IC}\\[3pt]~~~&=&\sqrt{2}-1:2-\sqrt{2}\\[5pt]~~~&=&\displaystyle \frac{\,\sqrt{2}-1\,}{\,\sqrt{2}-1\,}:\displaystyle \frac{\,2-\sqrt{2}\,}{\,\sqrt{2}-1\,}\\[5pt]~~~&=&1:\sqrt{2}\end{eqnarray}\)
よって、
\(~~~{\rm IF:IC=AD:AB}\)
したがって、もとの長方形と相似である
[終]

\(2\lt\sqrt{5}\lt3\) より、この長方形に1辺の長さ \(1\) の正方形を2個敷き詰めることができ、2辺の長さが \(1~,~\sqrt{5}-2\) の長方形が残る
この長方形には、1辺の長さが \(\sqrt{5}-2\) の正方形を2個敷き詰めると、2辺の長さが \(\sqrt{5}-2~,~5-2\sqrt{5}\) の長方形 \({\rm LIJC}\) が残る
これより、
\(\begin{eqnarray}~~~&&{\rm LI:LC}\\[3pt]~~~&=&\sqrt{5}-2:5-2\sqrt{5}\\[5pt]~~~&=&\displaystyle \frac{\,\sqrt{5}-2\,}{\,\sqrt{5}-2\,}:\displaystyle \frac{\,5-2\sqrt{5}\,}{\,\sqrt{5}-2\,}\\[5pt]~~~&=&1:\sqrt{5}\end{eqnarray}\)
よって、もとの長方形と相似な長方形が現れ、この長方形を正方形で敷き詰めていく操作がいつまても終わらない
したがって、この長方形は1種類の正方形で敷き詰めることができないので、\(\sqrt{5}\) は無理数である

\({\small (2)}~x=6~,~y=-20\)
\({\small (3)}~x=21~,~y=30\)
■ この問題の詳しい解説はこちら!
\({\small (1)}~x=3k-1~,~y=-2k+1\)
\({\small (2)}~x=3k-1~,~y=5k-2\)
\({\small (3)}~x=9k-1~,~y=4k-1\)
解法のPoint|1次不定方程式の整数解
\({\small (2)}~x=32k+20~,~y=-45k-28\)
ただし、\(k\) は整数とする
解法のPoint|ユークリッドの互除法と1次不定方程式
\(~~~x=4k+3~,~y=-3k-2\)
この式の \(k\) を \(k-1\) とすると、
\(\begin{eqnarray}~~~x&=&4(k-1)+3\\[2pt]~~~&=&4k-1\end{eqnarray}\)
\(\begin{eqnarray}~~~y&=&-3(k-1)-2\\[2pt]~~~&=&-3k+1\end{eqnarray}\)
例題2の解と等しくなる
したがって、整数 \(k\) 全体で考えると、すべての解が等しくなる
\({\small (2)}~{\rm DCXXIX}\)
\({\small (3)}~273\) \({\small (4)}~119\)
解法のPoint|n進法の数を10進法で表す
\({\small (3)}~7414_{(8)}\)
解法のPoint|10進法の数をn進法で表す
\({\small (2)}~(-7~,~-1)\)
\({\small (2)}~(-3~,~2~,~-1)\)
\(\begin{eqnarray}~~~{\rm OQ^2}&=&{\rm OA^2+AQ^2}\\[2pt]~~~&=&{\rm OA^2+OB^2}\\[2pt]~~~&=&a^2+b^2\end{eqnarray}\)
また、\({\rm PQ^2=OC^2}=c^2\)
よって、\({\rm OP^2=OQ^2+PQ^2}\) より、
\(\begin{eqnarray}~~~{\rm OP^2}&=&(a^2+b^2)+c^2\\[2pt]~~~&=&a^2+b^2+c^2\end{eqnarray}\)
[終]
(ⅰ) 後手が先手の置いた◯の上下左右の4ヶ所のいずれかに置いたとき、

(ⅱ) 後手が四隅の4ヶ所のいずれかに置いたとき、

これより、先手が必ず勝つ方法はあるが、後手が必ず勝つ方法はない
\({\small (2)}~\)\(1\) を含む \(3\) 個の数の和が \(15\) となるのは \(2\) 組しかない
四隅の \(4\) マスでは \(3\) 組必要になるので \(1\) は入らない

\({\small (2)}~\)

\(②~~7+6+11+10=34\)
\(③~~1+14+12+7=34\)
\(~~~~~~15+4+6+9=34\)
\(~~~~~~8+11+13+2=34\)
\(~~~~~~10+5+3+16=34\)
\(\begin{eqnarray}~~~{\rm 4S-N}&=&{\rm 4S-M}\\[2pt]~~~{\rm N}&=&{\rm M}\end{eqnarray}\)
また、\({\rm M+N=2S}\) となるので、
\(\begin{eqnarray}~~~\rm M+N&=&2S\\[2pt]~~~\rm M+M&=&2S\\[2pt]~~~\rm M&=& S=34\end{eqnarray}\)
また、\({\rm N=M}\) より、
\(~~~{\rm N=S}=34\)
したがって、①と②の4つの数の和が魔法陣で \(34\) となる

\({\small (2)}~a=15~,~b=2~,~c=8\)

また、全体から右下の4つの数の和を除いた部分の和を \({\rm T}\) とすると、

\({\rm T}\) は、
上2行の和 \({\rm 2S}\) と左2列の和 \({\rm 2S}\) から \({\rm A}\) を引いたものになるので、
\(~~~{\rm T=2S+2S-A=4S-A}\)
また、\({\rm T}\) は、全体 \({\rm 4S}\) から \({\rm B}\) を引いたものでもあるので、
\(~~~{\rm T=4S-B}\)
よって、
\(\begin{eqnarray}~~~{\rm 4S-A}&=&{\rm 4S-B}\\[2pt]~~~{\rm A}&=&{\rm B}\end{eqnarray}\)
したがって、
左上の4つの数の和=右下の4つの数の和
が成り立つ
同様に考えて、
右上の4つの数の和=左下の4つの数の和
が成り立つ
\(a\equiv c~({\rm mod~} m)\) より、整数 \(s\) を用いて、
\(a-c=ms\) …①
\(b\equiv d~({\rm mod~} m)\) より、整数 \(t\) を用いて、
\(b-d=mt\) …②
①-②より、
(左辺)
\(=(a-c)-(b-d)\)
\(=(a-b)-(c-d)\)
(右辺)
\(=ms-mt\)
\(=m(s-t)\)
したがって、
\(a-b\equiv c-d~({\rm mod~} m)\) [終]
解法のPoint|合同式の定義と表し方
\(~~~~~~~~~~,~(-3~,~7)~,~(-7~,~3)\)
解法のPoint|等式を満たす整数x、yの組
\({\small (2)}~(x~,~y)=(5~,~5)~,~(8~,~2)~,~(6~,~3)\)
\(~~~~~~~~~~,~(2~,~-1)~,~(3~,~-3)~,~(0~,~0)\)
解法のPoint|等式を満たす整数x、yの組
\({\small (2)}~(x~,~y)=(2~,~1)\)
解法のPoint|2次式の等式を満たす自然数x、yの組

