大学入試センター試験 2016年(平成28年) 本試 数学ⅠA 第4問 解説

(1)

1次不定方程式はお約束の解き方があるので憶えておこう。

$92x+197y=1$式A
を解く。

$x$と$y$の係数の$92$と$197$でユークリッドの互除法を行うと、
$197\div92=2\ldots13$式B1
$92\div13=7\ldots1$式B2

これを「=余り」の形に変形して、
$197-92\cdot2=13$式B1'
$92-13\cdot7=1$式B2'

式B2'に式B1'を代入して、
$92-(197-92\cdot 2)\cdot 7=1$
$92-197\cdot 7+92\cdot 14=1$
$92\cdot15+197\cdot(-7)=1$式C
ができる。

式Aから式Cを辺々引くと、

$92x$$+197y$$=$$1$
$-)$$92\cdot15$$+197\cdot(-7)$$=$$1$
$92(x-15)$$+197(y+7)$$=$$0$

となるから、
$-92(x-15)=197(y+7)$式D
とかける。

ここで、$92$と$197$は互いに素なので、式Dが成り立つためには、$m$を整数として
$\left\{\begin{array}{l}x-15=197m\\y+7=-92m\end{array}\right.$
より、
$\left\{\begin{array}{l}x=197m+15\\y=-92m-7\end{array}\right.$式E
でなければならない。

ここでは、解のうち$x$の絶対値が最小のものを問われているので、$x=0$付近を探せばよい。
式Eに$x=0$を代入して、
$197m+15=0$
$m=\displaystyle -\frac{15}{197}$
$m$は整数なので、$\displaystyle -\frac{15}{197}$に一番近い整数のとき、$x$の絶対値が最小になる。
よって、$m=0$のとき、
式Eより、求める解は
$\left\{\begin{array}{l}x=15\\y=-7\end{array}\right.$
である。

解答ア:1, イ:5, ウ:-, エ:7


次に、
$92x+197y=10$式F
で、同様のことをする。
ただし、すでに式Cができているので、互除法は行わない。

式Cの両辺を$10$倍して、
$92\cdot 150+197(-70)=10$式C'

式Fから式C'を辺々引くと、

$92x$$+197y$$=$$10$
$-)$$92\cdot150$$+197\cdot(-70)$$=$$10$
$92(x-150)$$+197(y+70)$$=$$0$

となるから、
$92(x-150)=-197(y+70)$
とかける。

ここで、$92$と$197$は互いに素なので、この式が成り立つためには、$n$を整数として、
$\left\{\begin{array}{l}x-150=-197n\\y+70=92n\end{array}\right.$
より
$\left\{\begin{array}{l}x=-197n+150\\y=92n-70\end{array}\right.$式G
でなければならない。

ここでは、解のうち$x$の絶対値が最小のものを問われているので、$x=0$付近を探せばよい。
式Gに$x=0$を代入して、
$-197n+150=0$
$n=\displaystyle \frac{150}{197}$
$n$は整数なので、$\displaystyle \frac{150}{197}$に一番近い整数のとき、$x$の絶対値が最小になる。
よって、$n=1$のとき、
式Gより、求める解は
$\left\{\begin{array}{l}x=-47\\y=22\end{array}\right.$
である。

解答オ:-, カ:4, キ:7, ク:2, ケ:2

(2)

2進法を4進法に変換するのは簡単。
4は2の2乗なので、2進数の2桁が4進数の1桁で表せる。
どうせパターンは$2^{2}=4$通りしかないし、はじめに変換表を作っておこう。

表A
2進法 4進法
00 0
01 1
10 2
11 3

あとは、この表を見ながら数字を置き換えてゆくだけだ。
11011を2桁ごとに区切ると
1/10/11
となる。先頭の1は、01と書いた方が分かりやすいかも知れない。
表Aより、
$01_{(2)}$は$1_{(4)}$に、
$10_{(2)}$は$2_{(4)}$に、
$11_{(2)}$は$3_{(4)}$に、それぞれ変換できるので、
$11011_{(2)}=123_{(4)}$
である。

解答コ:1, サ:2, シ:3


まず最初に、6進法の小数の各桁の意味を確認しておこう。

復習

6進数の、
小数第1位は、$\displaystyle \frac{1}{6}$の位。
小数第2位は、$\displaystyle \frac{1}{6^{2}}$の位。
小数第3位は、$\displaystyle \frac{1}{6^{3}}$の位。

なので、例えば$0.123_{(6)}$は、10進法で
$0.123_{(6)}=\displaystyle \frac{1}{6}+\frac{2}{6^{2}}+\frac{3}{6^{3}}$
通分して、
$0.123_{(6)}\displaystyle $$\displaystyle =\frac{6^{2}\cdot 1}{6^{3}}+\frac{6\cdot 2}{6^{3}}+\frac{3}{6^{3}}$
$0.123_{(6)}\displaystyle $$\displaystyle =\frac{6^{2}\cdot 1+6\cdot 2+3}{6^{3}}$
分母分子を因数分解して、
$0.123_{(6)}\displaystyle $$\displaystyle =\frac{3(6\cdot 2+2\cdot 2+1)}{3^{3}\cdot 2^{3}}$
$0.123_{(6)}\displaystyle $$\displaystyle =\frac{3\cdot 17}{3^{3}\cdot 2^{3}}$式G
とかける。

ここで、有限小数と無限小数の復習をしておこう。

復習

分母分子が整数の既約分数について、分母を素因数分解したとき
全部$n$の素因数なら、$n$進法で有限小数になる
$n$の素因数以外があれば、$n$進法で無限小数になる

今回は10進法の小数にするので、分母の素因数が2と5だけになれば有限小数で表せる。
式Gの場合、約分しても分母に$3^{2}$が残るので、有限小数にはならないことが分かる。


ちょっと長くなったけど、同じことを選択肢の0~5でやってみる。

$0.3_{(6)}=\displaystyle \frac{3}{6}$
$0.3_{(6)}\displaystyle $$\displaystyle =\frac{1}{2}$
となるので、有限小数。

$0.4_{(6)}=\displaystyle \frac{4}{6}$
$0.4_{(6)}\displaystyle $$\displaystyle =\frac{2}{3}$
となるので、無限小数。

$0.33_{(6)}=\displaystyle \frac{3}{6}+\frac{3}{6^{2}}$
$0.33_{(6)}\displaystyle $$\displaystyle =\frac{6\cdot 3+3}{6^{2}}$
$0.33_{(6)}\displaystyle $$\displaystyle =\frac{3(6+1)}{3^{2}\cdot 2^{2}}$
$0.33_{(6)}\displaystyle $$\displaystyle =\frac{7}{3\cdot 2^{2}}$
となるので、無限小数。

$0.43_{(6)}=\displaystyle \frac{4}{6}+\frac{3}{6^{2}}$
$0.43_{(6)}\displaystyle $$\displaystyle =\frac{6\cdot 4+3}{6^{2}}$
$0.43_{(6)}\displaystyle $$\displaystyle =\frac{3(2\cdot 4+1)}{3^{2}\cdot 2^{2}}$
$0.43_{(6)}\displaystyle $$\displaystyle =\frac{3^{3}}{3^{2}\cdot 2^{2}}$
$0.43_{(6)}\displaystyle $$\displaystyle =\frac{3}{2^{2}}$
となるので、有限小数。

$0.033_{(6)}=\displaystyle \frac{3}{6^{2}}+\frac{3}{6^{3}}$
$0.033_{(6)}\displaystyle $$\displaystyle =\frac{6\cdot 3+3}{6^{3}}$
$0.033_{(6)}\displaystyle $$\displaystyle =\frac{3(6+1)}{3^{3}\cdot 2^{3}}$
$0.033_{(6)}\displaystyle $$\displaystyle =\frac{7}{3^{2}\cdot 2^{3}}$
となるので、無限小数。

$0.043_{(6)}=\displaystyle \frac{4}{6^{2}}+\frac{3}{6^{3}}$
$0.043_{(6)}\displaystyle $$\displaystyle =\frac{6\cdot 4+3}{6^{3}}$
$0.043_{(6)}\displaystyle $$\displaystyle =\frac{3(2\cdot 4+1)}{3^{3}\cdot 2^{3}}$
$0.043_{(6)}\displaystyle $$\displaystyle =\frac{3^{3}}{3^{3}\cdot 2^{3}}$
$0.043_{(6)}\displaystyle $$\displaystyle =\frac{1}{2^{3}}$
となるので、有限小数。

以上より、有限小数になるのは0,3,5である。

解答ス:0, セ:3, ソ:5 (順不同)