大学入学共通テスト 2024年(令和6年) 追試 数学ⅠA 第4問 [1] 解説

(1)

①式を変形すると
2x(y2)3y=0
2x(y2)3(y2+2)=0
2x(y2)3(y2)6=0
より

(2x3)(y2)=6式A
とかける。

解答ア:3, イ:2, ウ:6

別解

の式を変形すると、
2xy2 イ x ア y+ ア × イ  ウ =0
となる。

これが①式になるので、
2 イ =4  ア =3  ア × イ  ウ =0 とかける。

よって、
 ア =3  イ =2  ウ =6 である。

解答ア:3, イ:2, ウ:6

いま、xy は整数なので、
式Aの赤い部分の 2x3
偶数奇数だから、奇数
式Aの緑の部分の y2
偶数でも奇数でもいい
といえる。

さらに、式Aより、2x36の約数なので、
6の奇数の約数の数だけ 2x3 が存在する から、
式Aを満たす xy の組は、6の奇数の約数の数だけ存在する ことになる。

ということで、6の奇数の約数の数を数えよう。


6を素因数分解すると
6=21×31
となるので、正の奇数の約数は
30=131=3
の2個ある。

さらに、正の約数と同じ数だけ負の約数が存在するから、
6の奇数の約数は全部で4 ある。

以上より、式Aを満たす、つまり①式を満たす整数 xy の組は4組あることが分かる。

解答エ:4

この部分の別解

上の解では頭を使って解いた。
けれど、この問題で扱う数は 6 だから、約数の数は多くない。
なので、頭よりも手を使って、全部書き出して考えた方が実は早かったりする。

その方法で解くと、次のようになる。


積が6になる整数2つの組をすべて書き出すと、
(3,2)(1,6)(1,6)(3,2)
(2,3)(6,1)(6,1)(2,3)
の8組ある。

よって、(2x3,y2)の候補は
(2x3,y2)=(3,2),(1,6),(1,6),(3,2),(2,3),(6,1),(6,1),(2,3) の8組あるけど、2x3は奇数じゃないとだめだから、赤い組は不適だ。

以上より、式Aを満たす、つまり①式を満たす整数 xy の組は4組あることが分かる。

解答エ:4

この4組について、

(2x3,y2)=(3,2) のとき、
(x,y)=(0,0)
なので、
xy=0

(2x3,y2)=(1,6) のとき、
(x,y)=(1,4)
なので、
xy=4

(2x3,y2)=(1,6) のとき、
(x,y)=(2,8)
なので、
xy=16

(2x3,y2)=(3,2) のとき、
(x,y)=(3,4)
なので、
xy=12

だ。

よって、xy が最大になるのは、
(x,y)=(2,8)
のときである。

解答オ:2, カ:8

(2)

より
2xy4x3y=0

(2x3)(y2)=6式A
と変形できた。

よって、
2xy4x3y=3a

(2x3)(y2)=6+3a=3(a+2) と変形できる。


(1)と同様に考えると、
式Bを満たす xy の組は、3(a+2)の奇数の約数の数だけ存在する といえる。

また、正の約数と負の約数は同じ数だけ存在する。

なので、式Bを満たす整数 xy の組がちょうど8個になるのは、
3(a+2) の正の奇数の約数がちょうど4個 のときだ。


一方、偶数の約数に関する条件はないから、偶数の約数はあってもなくてもいい。
偶数の約数があるのは 3(a+2) の素因数に 2 が含まれるときだけど、この 2 はあってもなくてもいいわけだ。

けれど、素因数に 2 がある場合は、2 がないときよりも 3(a+2) の値が大きくなる。
3(a+2) の値が大きくなると、a の値も大きくなる。

いま問われているのは a が最小になる場合なので、値が大きくなるのはNGだ。

したがって、
3(a+2)に偶数の約数が存在する
3(a+2)の素因数に2が含まれる)
場合は不適である。


ということで、
3(a+2) の正の約数がちょうど4個で、全部奇数 の場合を考えよう。


ここで、約数の数について復習しておく。

復習

正の整数 A があり、
A=pnqmr
と素因数分解されるとき、Aの正の約数は
(n+1)(m+1)(+1)
個ある。

復習より、3(a+2)
3(a+2)=pnqmr
と素因数分解できるとすると、正の約数の数は
(n+1)(m+1)(+1)
と表せる。

これが4個になればよいので、
(n+1)(m+1)(+1)=4
より
n=1m=1=0
だ。

よって、このとき、3(a+2)
3(a+2)=p1q1
と素因数分解でき、3(a+2)の素因数のひとつは 3 なので、これはさらに
3(a+2)=31q1
より
a+2=q
とかける。

いまは最小の a を求めているから、q が最小のときを考える。
q23 以外の素数なので、最小は
q=5 のとき。

したがって、最小の a は、
a+2=5
より
a=3
である。

解答キ:3