【中3数学】abc=2025 のとき (a-b)^2+(b-c)^2+(c-a)^2 の最小値は?1分で解けたら上位1%?

中3数学

今日の1問は、中学数学の知識と「ひらめき」だけで解ける整数問題です。
制限時間は5分。1分で解けたら上位1%? ぜひ挑戦してみてください♪

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今日の問題

正の整数 a、b、c が abc = 2025 を満たす。このとき、(a − b)2 + (b − c)2 + (c − a)2 の最小値を求めよ。

正の整数a,b,cがabc=2025を満たすとき、(a−b)²+(b−c)²+(c−a)²の最小値を求める問題の図

まずヒント

この式は、a、b、c がバラバラなほど大きくなり、3つが近いほど小さくなります。

では、積が 2025 になる3つの正の整数のうち、いちばん近い組はどれでしょうか。

解き方

ステップ1 2025 を素因数分解する

2025 = 34 × 52 = 9 × 15 × 15 でもあります。約数は 1、3、5、9、15、25、27、45、75、81、135、225、405、675、2025 です。

ステップ2 3つの数を近づける

3つが等しければ、1つは 2025 の立方根(約 12.6)になります。整数でいちばん近い約数は 9 と 15 です。

約数の中から、積が 2025 になる3つの組を探します。

ステップ3 候補を計算する

(9, 15, 15):(9 − 15)2 + 0 + (15 − 9)2 = 36 + 0 + 36 = 72

(9, 9, 25):0 + 256 + 256 = 512

(5, 15, 27):100 + 144 + 484 = 728

(3, 25, 27):484 + 4 + 576 = 1064

ほかの組はもっと大きくなります(すべての組を調べて確かめました)。

ステップ4 最小値を決める

いちばん小さいのは (9, 15, 15) のとき(並べ替えも同じ)で、値は 72 です。

答え

72

(a, b, c) = (9, 15, 15) とその並べ替えのときです。

ひらめきで解く方法

この式は 2(a2 + b2 + c2 − ab − bc − ca) とも書けます。3つの数が近いほど小さくなるので、立方根に近い約数を選べば最小の組が見つかります。

「積が決まっているときに差を小さくしたい」ときは、まず立方根(今回は約 12.6)を目安にするのがコツです。

間違えやすいところ

  • (9, 9, 25) のように、2つを近づけても残りが遠いと大きくなります
  • 約数にない数(12 など)は使えません
  • (a − b)2 + (b − c)2 + (c − a)2 は3つの項を全部足します

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