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名古屋大学 2017年度
文系数学 第3問

問題

次の問に答えよ。

(1) 次の条件(*)を満たす3つの自然数の組をすべて求めよ。

(*) かつである。

(2) 偶数 の3つの正の約数で,を満たす組の個数をとする。ただし,条件を満たす組が存在しない場合は,とする。が自然数全体を動くときのの最大値を求めよ。また,となる自然数の中で最小のものを求めよ。

出典:名古屋大学 2017年度 前期日程 第2次学力試験 文系 第3問

方針

(1)はからの範囲をに絞り,各を積の形に変形して有限個を列挙する。(2)は条件を満たす約数からを作ると(1)の組になることを使う。逆に(1)の組がをすべて割り切れば約数組が得られるので,各組に対応するの割り切り条件を列挙し,6組すべてを同時に実現する最小のを最小公倍数で求める。

解答

(1)

であるから である。左辺はなので よりである。またでなければならないのでである。したがって を調べればよい。 のとき である。両辺にをかけて整理すると すなわち である。より,36の約数の小さい方だけを見ればよく, を得る。 のとき であるから である。より を得る。 のとき である。これをについて解くと である。さらになら よりである。なのでしかないが,このときで整数ではない。したがってからは解は出ない。

以上より,条件を満たす組は である。

(2)

条件を満たすがあるとする。そこで とおく。の正の約数なので,は自然数である。またより である。さらに

である。したがっては(1)で求めた6組のいずれかである。

逆に,(1)の組について,がすべての約数であれば の正の約数であり,からとなる。また である。よって,求める組は(1)の6組と対応している。

各組について,がすべてを割り切る条件を調べる。必要十分条件は

である。たとえばでは,すなわちが必要十分である。他も同様に,を整理したものである。

(1)の組は6個しかないので,の最大値は高々6である。上の6条件をすべて満たすを取れば6個すべてが実現するので,最大値は である。そのようなのうち最小のものは である。