共通テスト(数学) 過去問
令和5年度(2023年度)本試験
問35 (数学Ⅰ・数学A(第4問) 問3)
問題文
(1)横の長さが462で縦の長さが110である赤い長方形を、図1のように並べて正方形や長方形を作ることを考える。
462と110の両方を割り切る素数のうち最大のものは( アイ )である。
赤い長方形を並べて作ることができる正方形のうち、辺の長さが最小であるものは、一辺の長さが( ウエオカ )のものである。
また、赤い長方形を並べて正方形ではない長方形を作るとき、横の長さと縦の長さの差の絶対値が最小になるのは、462の約数と110の約数を考えると、差の絶対値が( キク )になるときであることがわかる。
縦の長さが横の長さより( キク )長い長方形のうち、横の長さが最小であるものは、横の長さが( ケコサシ )のものである。
( キク )にあてはまるものを次のうちから1つ選べ。
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問題
共通テスト(数学)試験 令和5年度(2023年度)本試験 問35(数学Ⅰ・数学A(第4問) 問3) (訂正依頼・報告はこちら)
(1)横の長さが462で縦の長さが110である赤い長方形を、図1のように並べて正方形や長方形を作ることを考える。
462と110の両方を割り切る素数のうち最大のものは( アイ )である。
赤い長方形を並べて作ることができる正方形のうち、辺の長さが最小であるものは、一辺の長さが( ウエオカ )のものである。
また、赤い長方形を並べて正方形ではない長方形を作るとき、横の長さと縦の長さの差の絶対値が最小になるのは、462の約数と110の約数を考えると、差の絶対値が( キク )になるときであることがわかる。
縦の長さが横の長さより( キク )長い長方形のうち、横の長さが最小であるものは、横の長さが( ケコサシ )のものである。
( キク )にあてはまるものを次のうちから1つ選べ。
- 21
- 22
- 23
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この過去問の解説 (3件)
01
問題文の「正方形ではない」という条件から、
求める値は1以上の整数です。
462 = 11・42 = 11・7・3・2
110 = 11・10 = 11・5・2
共通していない約数である 7・3 = 21 と 5 に着目します。
5・4 = 20 であり、
21 - 20 = 1 を考えると、差の絶対値を最小にできます。
求める最小値は、
11・7・3・2 - (11・5・2)・4 = 11・2・(21 - 20) = 22 です。
「22」の選択肢が設問(キク)の解答となります。
110 も 462 も偶数であるので、
0 ではないどのような正の整数を掛けて差の絶対値を考えても、奇数になる事はありません。
よって、この選択肢は解答の候補から外れます。
やや直感的に、110・4 = 440 である事から 462 との差を考えて、
少なくとも絶対値の最小値は 22 以下であると分かります。
また、110 も 462 も偶数であり、
22 以下で偶数の選択肢は本選択肢しかない事からも解答が 22 であるとチェックできます。
110・4 = 440 で、462 - 440 =22 である事から、
24 は差の絶対値の最小値の候補にはなりません。
本設問に限っては簡単な計算をもとに消去法的に条件を満たす選択肢を選ぶ事も可能ですが、
問題文にもあるように約数を考えて計算をするべきでしょう。
3つの選択肢が誤りである事に気付いたとしても、あくまでミス防止のチェック用に使う事が望ましいと思われます。
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02
x,yを自然数として,赤い長方形を横にx個,縦にy個並べて長方形を作るとします。
横の長さは462x,縦の長さは110yとなりますから,その差は
462x-110y=22(21x-5y)
となります。
また,正方形ではない長方形を作るときですから,横の長さと縦の長さの差は0ではありません。すなわち,
21x-5y≠0
さらに,x=1,y=4のとき21x-5y=1 となりますから,21x-5yの絶対値の最小値は1です。
したがって,横の長さと縦の長さの差22(21x-5y)の絶対値が最小になるのは,差の絶対値が22になるときです。
正解です。
2つの整数a,bが互いに素であるとき,不定方程式
ax+by=1
は,必ず整数解をもちます。
したがって,
21x-5y=1
も,必ず整数解をもちます。
ただし,自然数の解があるとは限りませんので,解説の中ではxとyに具体的な自然数を代入して,式の値が1になる場合があることを示しています。
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03
約数に注目して、絶対値を考えていきましょう。
赤い正方形を横にa個、縦にb個並べることを考えます。前問の素因数分解の結果から、
|462a-110b|
=|(2×3×7×11)a-(2×5×11)b|
=2×11|21a-5b| となります。
これが最小の自然数になるのは、|21a-5b|が最小となるときです。(0ではない)
よって|21a-5b|=1となる、a=1、b=4が見つかります。これより、
2×11×1=22が最小の自然数です。
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