整数

2元1次不定方程式③

ユークリッドの互除法

整数の「2元1次不定方程式③」を、答えを先に押さえてから理解できる形に整理したページです。「ユークリッドの互除法」でつまずきやすい点も含めて、学習の流れを短く確認できます。

数学A 約7分 難易度 1

このページのまとめ

先に押さえておくこと

2元1次不定方程式③の要点をまとめたページです。先に答えを確認してから、解き方とつまずきやすい点を順にたどれます。

答えの要点

ユークリッドの互除法の答えと条件を先に確認できます。

  • テーマ: ユークリッドの互除法
  • ポイント: 整数の基礎を短く確認しやすく、検索から入ってもそのまま理解まで進めやすい記事です。
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問題

次の方程式の整数解をすべて求めよ。

79x+35y=479x+35y=4

答えを見る

x=35k+16,  y=79k36  (kは整数)\underline{x=-35k+16,\; y=79k-36\;(kは整数)}

解説

不定方程式の問題について解説します。

1組の解が簡単に見つかりそうにないからユークリッドの互除法を使おうかな。

そうだね。でもこのままユークリッドの互除法を使っても解は求められないよ。

[2元1次不定方程式②]で扱った11次不定方程式である79x+35y=179x+35y=1ならばどうでしょうか?

ax+by=cax+by=cにおいてa,ba,bが互いに素であり、cc11の場合はユークリッドの互除法を用いることで解を求めることができましたね。

右辺がc(1)c(\neq 1)2211次不定方程式でユークリッドの互除法を使うときは右辺を1として解を求めてからcc倍してあげることで解を求めることができるんだ。

例題を解きながら実際に確認していきましょう。

次の方程式の整数解をすべて求めよ。

79x+35y=479x+35y=4

右辺が44なのでまずは79x+35y=179x+35y=1としてユークリッドの互除法を使うことにより解を求め、その後両辺を44倍することで79x+35y=479x+35y=4の1組の整数解を確実に求めることができます。

まずは79x+35y=179x+35y=111組の解を求めていきましょう。

具体的な計算方法については、[2元1次不定方程式②]にて解説しているので分からない方はそちらを先に学習してくださいね。

79x+35y=179x+35y=111組の解は以下のように求めることができます。

ユークリッドの互除法を用いると

79=352+9(1)79=35\cdot 2 +\underline{\textcolor{red}{9}}\cdots(1)
35=93+8(2)35= \underline{\textcolor{red}{9}}\cdot 3 +\underline{\textcolor{green}{8}}\cdots(2)
9=81+1(3)9= \underline{\textcolor{green}{8}}\cdot 1 + 1\cdots(3)

①~③を逆に辿って794359=179\cdot 4 -35\cdot 9 =1

794359=179\cdot 4 -35\cdot 9 =1\cdots ☆と解を求めることができましたね。

ここで、元の不定方程式である79x+35y=479x+35y=4の解を求めるためにの両辺を44倍します。

すると79163536=479\cdot 16 -35\cdot 36 =4となることから、もともと求めたかった不定方程式の解の1組がx=16,y=36x=16,y=-36であることがわかりましたね。

2元1次不定方程式の右辺が1でないときはこのようにすれば解を確実に(機械的に)求めることができるよ。

1組の解が分かったので、通常の2元1次不定方程式と同様に解いていきます。

79x+35y=479x+35y=4から79163536=479\cdot 16 -35\cdot 36 =4を引くと79(x16)+35(y+36)=079(x-16)+35(y+36)=0

移項して79(x16)=35(y+36)79(x-16)=-35(y+36)

79793535は互いに素なので、x16=35k,y+36=79kx-16=-35k,y+36=79k (kkは整数)となる。

よってx=35k+16,y=79k36(kは整数)\underline{x=-35k+16,y=79k-36(kは整数)}

このページのまとめ

ここでは2元1次不定方程式の問題について解説しました。

右辺が1でないときの解法を紹介しましたが、やっていることはほとんど変わらないので考え方が分かればすぐ慣れることができると思います。

色々な不定方程式の問題を解いて、パターンを覚えていってくださいね!

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