共通テスト(数学) 過去問
令和5年度(2023年度)本試験
問36 (数学Ⅰ・数学A(第4問) 問4)

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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36(数学Ⅰ・数学A(第4問) 問4) (訂正依頼・報告はこちら)

色のついた長方形を並べて正方形や長方形を作ることを考える。色のついた長方形は、向きを変えずにすき間なく並べることとし、色のついた長方形は十分(じゅうぶん)あるものとする。

(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。

( ケコサシ )にあてはまるものを次のうちから1つ選べ。
問題文の画像
  • 1740
  • 1748
  • 1840
  • 1848

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この過去問の解説 (3件)

01

問題文より「正方形ではない」ので、差の絶対値として0は除外されます。

 

設問(キク)の計算過程の考え方を使い、
21・4 = 84
5・17 = 85 である事に着目すると、 
(11・7・3・2)・4 - (11・5・2)・17 =11・2(84 - 85)
= - 22 
このときに「縦の長さ」が「横の長さ」を 22 上回ります。
110 と 462 はともに22 (= 11・2) の倍数なので、
0以上の整数を掛けて差を考えたときの絶対値は、

0 を除くと22 を下回る事はありません。
よって、上記の場合が本設問の題意を満たす場合です。

 

求めるものはその時の「横の長さ」なので、
(11・7・3・2)・4 = 462・4 = 1848 です。

 

 

「1848」の選択肢が設問(ケコサシ)の解答となります。

 

設問(キク)

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。

選択肢4. 1848

設問(キ)(ク)での計算では、
11・7・3・2 - 11・5・2・4 = 22 ですが、
この時には「横の長さ」が「縦の長さ」を上回ります。
そのため、7・3 = 21 と 5 に掛ける2つの自然数で、
5の倍数のほうが 1 だけ大きくなる最小の組を探します。
すると、21・4 = 84 に着目し、
5・17 = 85 となり、この時に条件を満たします。
そのため、462 に 4 を掛けたものが解答となります。

まとめ

設問(キク)と同様に、着目するのは約数になります。

解法は1つではないので、自分が分かりやすいと思うやり方で整数関連の問題を多く解いて慣れましょう。

参考になった数0

02

前の問題(問35)で,( キク )が22であることを求めています。

 

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。

 

本問では,このxとyを用いて解いていきます。

縦の長さが横の長さより22長い長方形なので,

110y-462x=22

両辺をー22で割って 21x-5y=-1 ……①

①を満たす自然数x,yの組のうち,xが最小であるものを考えていきます。

(x,y)=(-1,-4)は等式①を満たします。すなわち,

21×(-1)-5×(-4)=-1 ……②

①,②を辺々引いて

21(x+1)-5(y+4)=0

21(x+1)=5(y+4)

左辺は21の倍数,右辺は5の倍数で,両辺は等しいので,両辺は21と5の公倍数です。

21と5が互いに素であることから,21と5の公倍数は,整数kを用いて

21×5k

と表すことができます。よって

21(x+1)=5(y+4)=21×5k

21(x+1)=21×5k , 5(y+4)=21×5k

x+1=5k , y+4=21k

すなわち

x=5k-1 , y=21k―4 ……③

③において,k=1 のときx,yともに正で最小になります。

このとき x=5×1-1=4

横の長さは 462×4=1848

選択肢4. 1848

正解です。

まとめ

不定方程式を変形して,xとyをそれぞれkの式で表す解法は,過去の共通テストでもしばしば出題されています。解き方,考え方をしっかり復習しておきましよう。

参考になった数0

03

問題の意味を正しく読み取りましょう。誘導にうまく乗って前問の式を用いましょう。

まとめ

前問より、|21a-5b|=1となる場合が、横と縦の差が22となります。今、横の長さが462a、縦の長さが110bであり、題意を満たすのは

462a-110b=-22、つまり21a-5b=-1を満たすときです。

よってこのときのa、bを求めればよく、a=4、b=17となります。

よって、このときの横の長さは、

462×4=1848となります。

参考になった数0