【高校数学】x^2-3xy+4y^2-5x-5y=2025、x<y を満たす整数 x, y をすべて求めよ|99%が途中で止まる問題?

今日の1問

今日の1問は、「99%が途中で止まる?」高校数学です。
x の2次方程式とみて、判別式に注目すると道が開けます♪

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今日の問題

x2 − 3xy + 4y2 − 5x − 5y = 2025、x < y を満たす整数 x, y をすべて求めよ。

x2-3xy+4y2-5x-5y=2025、x<yを満たす整数x,yをすべて求める問題の図

まずヒント

x と y のどちらかを文字として固定し、もう一方の2次方程式とみます。

整数の解がある → 判別式が平方数、という条件が使えます。

解き方

ステップ1 x の2次方程式とみる

x2 − (3y + 5)x + (4y2 − 5y − 2025) = 0

ステップ2 判別式を計算する

D = (3y + 5)2 − 4(4y2 − 5y − 2025) = −7y2 + 50y + 8125
x が整数になるには、D が 0 以上の平方数でなければなりません。

ステップ3 y の範囲をしぼる

D ≧ 0 より 7y2 − 50y − 8125 ≦ 0。これを解くと −30.7… ≦ y ≦ 37.8… なので、y は −30 から 37 までの整数です。

ステップ4 D が平方数になる y を探す

この範囲で D が平方数になるのは y = −25 のときだけです(D = −4375 − 1250 + 8125 = 2500 = 502)。

ステップ5 x を求める

x = {(3y + 5) ± 50} ÷ 2 = (−70 ± 50) ÷ 2 = −10、−60。
x < y = −25 を満たすのは x = −60 です。

ステップ6 確かめる

x = −60、y = −25 を代入すると、3600 − 4500 + 2500 + 300 + 125 = 2025 になり、条件を満たします。

答え

(x, y) = (−60, −25)

これだけです。

ひらめきで解く方法

整数解の問題では、「ある文字について整理して判別式を調べる」のが定番の手です。

判別式が「平方数でなければならない」という条件と、「0 以上」という条件で、候補がぐっと減ります。

間違えやすいところ

  • x < y の条件を忘れて、(−10, −25) も答えにしない
  • 判別式の計算では、符号と 4 倍を落としやすい
  • D ≧ 0 から y の範囲をしぼってから調べないと、候補が多すぎて止まってしまう

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