【中3数学】(n^2+5)÷(n+3) が整数の平方数になる正の整数 n をすべて求めよ|変形に気づけば解ける整数問題

中3数学

今日の1問は、割り算の形をした整数問題です。
見た目は難しそうですが、中3で習う式の展開を使えば、候補を一気にしぼれます♪

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今日の問題

正の整数 n について、(n2 + 5) ÷ (n + 3) が整数の平方数になるとき、n をすべて求めよ。

正の整数nについて、(n²+5)÷(n+3)が整数の平方数になるときのnをすべて求める問題の図

まずヒント

n2 + 5 を (n + 3) で割ったときの商と余りを考えてみましょう。

n2 + 5 = (n + 3)(n − 3) + 14 と変形できます。

解き方

ステップ1 割り算の形に変形する

n2 + 5 = (n + 3)(n − 3) + 14 なので、

(n2 + 5)/(n + 3) = n − 3 + 14/(n + 3) です。

ステップ2 整数になる条件

n − 3 は整数なので、全体が整数になるには、14/(n + 3) が整数になる必要があります。

つまり、n + 3 は 14 の約数です。

ステップ3 候補をしぼる

14 の約数は 1、2、7、14。n は正の整数なので n + 3 は 4 以上です。

よって n + 3 = 7 または 14、つまり n = 4 または 11 です。

ステップ4 平方数になるか確かめる

n = 4 のとき、(16 + 5) ÷ 7 = 3。3 は平方数ではありません。

n = 11 のとき、(121 + 5) ÷ 14 = 126 ÷ 14 = 9 = 32。平方数です。

答え

n = 11

n = 4 は整数になりますが平方数ではないので、条件を満たすのは n = 11 だけです。

ひらめきで解く方法

(n + 3) で割る問題では、「分子を (n + 3) の形で表す」のが定石です。n = −3 を n2 + 5 に代入した値 14 が、余りになっています。

n が小さい順に試す方法もあります。n = 1、2、3 …と計算していくと、整数になるのは n = 4、11 だけだと気づけます。

間違えやすいところ

  • 「整数になる」ことと「平方数になる」ことは別の条件です。両方を確かめましょう
  • n + 3 が 1 や 2 になると n が正の整数ではなくなります
  • n = 4 の結果 3 は、平方数(1、4、9、16 …)ではありません

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