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 は 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 を 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, は 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 と 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。