早大理工数学'22年[2]

p,qを相異なる素数とする。次の3条件をみたすxの2次式を考える。
●係数はすべて整数での係数は1である。
●である。
●方程式は整数解をもつ。
以下の問に答えよ。
(1) をすべて求めよ。
(2) (1)で求めたものを,,・・・,とする。次方程式の相異なる解の総和はp,qによらないことを示せ。


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解答 難問かと思うと意外とそうでもない、という問題です。試験会場で諦めが早すぎると、家に帰ってから後悔することになります

(1) p,qは相異なるので、として考えます。2次方程式:の整数解をa,他方の解をbとすると、のの係数は1なので、
 ・・・�@
とおけます。題意より、
 ・・・�A
とすると、p,qのいずれかは0で不適です。
のとき、は
整数なので、も整数です。p,qは相異なる素数なので、の約数は、1,p,q,の4個のみで、に限られます。つまり、bも整数です。これより、�Aをみたすすべてのの組み合わせは、a,bともに整数なので、として、
よって、 ・・・�B
の全ては、�@より、
,,, ......[答]

(2) (1)より、,,,,なので、次方程式は8次方程式:です。
この解は、�Bより、,,,0,2,,, ・・・�C
ここで、,より、
,,
また、より、
となり、�Cの解はすべて相異なります。よって、解の総和は、
よって、解の総和はp,qはよらず、題意は示されました。
注.題意は、p,qが素数でなくても成立します。の約数のうち小さい方をとして、,また、 ()となるようにを決めると、のときには、次方程式は、
となり、(2)の解の総和は、
となります。



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