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大阪大学 2016年度
理系数学 第4問

問題

正の整数に対して

とおき,1以上以下のすべての奇数の積をとする.

(1) 以下の最大の整数をとするとき,は奇数の整数であることを示せ.

(2) となる正の整数の組をすべて求めよ.

(3) 整数をみたす実数を用いて,

と表すとき,の値を求めよ.

出典:大阪大学 2016年度 前期日程 第2次学力試験 理系 第4問

方針

(1)は各奇数)と分ける。かつの因数なのでは整数であり,和全体も整数。奇偶は,かつ,つまりの項だけが奇数になることから示す。(2)はが整数と仮定し,ならが偶数になって(1)に矛盾することを使う。よってを直接調べる。(3)はを16で割った余りで調べ,小数部分をとして求める。

解答

(1)

を任意にとり, と表す。ただしは奇数である。以下の最大の整数なので である。したがってならである。またを満たす奇数なので,の因数である。

よって は整数である。したがって は整数である。

次に奇偶を調べる。上の項 が奇数となるには,でなければならない。つまりである。このときだから,奇数に限られる。したがって奇数の項はに対応する1項だけであり,他の項はすべて偶数である。

よって和は奇数の整数である。

(2)

となるなら,は整数である。もしならであり,は奇数5を因数にもつ。このとき である。右辺は整数であり,しかもなので偶数である。これは(1)で示した「奇数の整数」に反する。したがって であり, である。

そこでを調べる。

である。このうち の形でが正の整数になるのは だけである。よって である。

(3)

ではであるから,(1)より は奇数の整数である。の小数部分を求めるには,この整数を16で割った余りを求めればよい。 である。が奇数のとき,を割り切るので,は16の倍数であり,16で割った余りは0である。偶数について余りを調べると,

である。したがって である。

よってある整数を用いて と書ける。したがって であり,求める小数部分は である。