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東京工業大学 1991年度
理系数学 第5問

問題

サイコロを3回振って出た目を とする。このとき,方程式 が少なくとも1個の整数解をもつ確率を求めよ。

出典:東京工業大学 1991年度 前期 理系 第5問

方針

整数解 があるなら,方程式は最高次係数が なので の正の約数に限られる。負の整数は代入値が常に負になるため解にならない。そこで とおき,条件 に直して, ごとに の個数を数える。最後に,2つの整数解をもつ場合の重複を1回だけ補正する。

解答

整数解を とする。 ならであるから解にならない。したがって は正の整数である。また方程式は最高次係数が なので, の約数であり,特に である。

とおくと, は正の整数で を満たす。方程式に を代入するとであるからである。よって, ごとに を満たす組を数える。

したがって,整数解 を指定して数えた総数はである。

ただし,2つ以上の整数解をもつ場合は重複して数えている。正の整数解が2つ以上あるなら,3つの解は正の整数で,その積は ,和は ,2つずつの積の和は である。この条件を満たし,かつ異なる整数解を含むものは根が の場合だけで,このときである。これは で2回数えられている。

よって条件を満たす の個数は である。全事象は 通りであるから,求める確率はである。