慶大理工数学'06年[B1]

整数p,q,r,α,β に対し、次のようなx,yについての連立1次方程式を考える。
以下では、とする。
(1) 解x,yをp,q,r,α,β を用いて表しなさい。解答欄には答だけを書きなさい。
(2) 整数p,q,rに関する条件は、任意の整数α,β に対し解x,yが整数であるための必要十分条件であることを証明しなさい。
(3) のとき、に対する解のxの値が2となるような整数の組をすべて求めなさい。


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解答 整数と行列の融合問題です。

(1) 行列を用いて、連立方程式を記述すると、
 ・・・�@
より、が存在して(逆行列を参照)、�@の両辺に左からかける(行列の積を参照)と、
∴
∴ , ......[答]

(2) (1)の結果より、整数p,q,rが,つまり、を満たすとき、任意の整数α,β に対し、解x,y,即ち、
,
または、
,
はいずれも整数になります。

逆に、任意の整数
α,β に対し解x,yが整数であるとき、(1)の結果より、
 ・・・�A
 ・・・�B

�Aより、p,rの最大公約数をd,また、,を整数として、,とおくと(このとき、はdの倍数)、
であれば、は整数になりますが、 (または)であってもよいことになります。である必要はありません。

しかし、�Bでは、
α,β が任意の整数をとるとき、は任意の整数をとり得ます。
任意の整数をとりうるということは、となることもあり得るということです
(例えば、,のとき)。
このとき、を満たす
yが整数となるためには、
このとき、も整数です。
従って、任意の整数
α,β に対し解x,yが整数であるとき、

以上より、整数
p,q,rに関する条件は、任意の整数α,β に対し解x,yが整数であるための必要十分条件です。

(3) のとき、
,

・のとき、
�D−�C×qより、
�Cより、
∴

p
,qは整数だから、 または ,
前者のとき、,,後者のとき、,

・のとき、
�C×q−�Dより、
�Cより、
∴

p
,qは整数だから、, または ,
前者のとき、,,後者のとき、,

∴ ......[答]


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