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) 整数とをみたす実数を用いて,
と表すとき,の値を求めよ.
方針
(1)は各を(奇数)と分ける。かつは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。は以下の最大の整数なので である。したがってならである。または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,奇数はに限られる。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。は
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,はを割り切るので,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。