【高1数学】n^2+n+1 が7の倍数になるのは何個?

今日の1問

今日の1問は、高1数学の整数問題。「全部書き出すしかないのかな?」と思いきや、7で割った余りに注目すると、きれいな規則が見えてきます♪

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今日の問題

1から100までの整数 n のうち、n2+n+1 が7の倍数になるものは何個あるでしょうか。

問題:1から100までの整数nのうち、n²+n+1が7の倍数になるnの個数を求めよ

まずヒント

「7の倍数かどうか」は、n そのものではなく、n を7で割った余りだけで決まります。余りは0〜6の7通りしかないので、7回調べれば十分です。

解き方

ステップ1 余りだけに注目する

n を7で割った余りを r とすると、n2+n+1 を7で割った余りは、r2+r+1 を7で割った余りと同じです。n=7k+r と書いて展開すると、7の倍数の部分が消えるからです。

ステップ2 r=0〜6 をぜんぶ調べる

r=0 のとき 1、r=1 のとき 3、r=2 のとき 7、r=3 のとき 13、r=4 のとき 21、r=5 のとき 31、r=6 のとき 43。このうち7の倍数になるのは、7と21、つまり r=2 と r=4 の2つだけです。

ステップ3 1〜100 にいくつあるか数える

1〜98 は7個ずつの14組に分かれ、どの組にも「余り2」と「余り4」が1個ずつ入っているので 14×2=28個。残りの99と100は、余りがそれぞれ1と2なので、100だけが当てはまります。合計 28+1 です。

答え

29個

「余りが2か4」という条件を、7ごとのくり返しで数えるのがコツです。

ひらめきで解く方法

n3-1=(n-1)(n2+n+1) という因数分解に注目します。n2+n+1 が7の倍数なら、n3 を7で割った余りは1になります。逆に、n3 の余りが1で、n の余りが1でないなら、n-1 は7の倍数ではないので、n2+n+1 が7の倍数になります。

余りを3乗して1になるのは、余りが1、2、4のときだけです(23=8、43=64=63+1)。余り1を除けば、余り2と4が残ります。表を作らなくても、同じ結論にたどり着けます。

間違えやすいところ

  • 余り2のものだけ数えて、余り4を忘れてしまう。
  • 「100÷7=14あまり2」から 14×2=28個で終わりにして、端数の100(余り2)を数え忘れる。
  • 7で割った余りを取らずに、13や21、31のまま比べてしまう。

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