今日の1問は、中3で解けたら天才レベルの超難問?
「あること」に気づけないと、永遠に終わりません♪
今日の問題
x2 − xy − y2 = 11、1 < y < x < 100 を満たす整数 x、y をすべて答えよ。

まずヒント
y を数として固定して、x の2次方程式と見てみましょう。
解の公式を使うと、ルートの中身が「平方数」にならなければいけません。
解き方
ステップ1 x の2次方程式として解く
x2 − yx − (y2 + 11) = 0 と見ます。解の公式より、
x = (y ± √(y2 + 4(y2 + 11)))/2 = (y ± √(5y2 + 44))/2 です。
ステップ2 符号を決める
x > y > 1 なので、√(5y2 + 44) は y より大きく、マイナスを選ぶと x が負になってしまい、条件に合いません。
したがって x = (y + √(5y2 + 44))/2 です。
ステップ3 5y2 + 44 が平方数になる y を探す
x が整数になるには、5y2 + 44 = z2(z は正の整数)と書ける必要があります。y = 2、3、…、98 を調べると、条件に合うのは次の7つです。
y = 2:5 × 4 + 44 = 64 = 82、x = (2 + 8)/2 = 5
y = 5:125 + 44 = 169 = 132、x = (5 + 13)/2 = 9
y = 7:245 + 44 = 289 = 172、x = (7 + 17)/2 = 12
y = 14:980 + 44 = 1024 = 322、x = (14 + 32)/2 = 23
y = 19:1805 + 44 = 1849 = 432、x = (19 + 43)/2 = 31
y = 37:6845 + 44 = 6889 = 832、x = (37 + 83)/2 = 60
y = 50:12500 + 44 = 12544 = 1122、x = (50 + 112)/2 = 81
ステップ4 条件を確かめる
どの組も 1 < y < x < 100 を満たしています。たとえば (x, y) = (5, 2) だと、25 − 10 − 4 = 11 です。
答え
7組
(x, y) = (5, 2)、(9, 5)、(12, 7)、(23, 14)、(31, 19)、(60, 37)、(81, 50)
ひらめきで解く方法
この式は、y を決めると x の2次方程式になります。解の公式の「ルートの中身が平方数になる」条件を探すのが、中学数学の範囲での基本の方針です。
条件の x < 100 は、解を有限個にしぼるためのものです。y をさらに大きくすると、x は 100 を超えてしまいます。
間違えやすいところ
- 解の公式では、± のうちマイナスを選ぶと条件 x > y に合いません
- 5y2 + 44 が平方数でも、y + z が偶数でなければ x は整数になりません(今回の7つはすべて偶数)
- x < 100 の条件で、次の組(x が 100 を超える組)は含めません
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