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■ 120911 DS 整数問題 power prep


問(DS):
If d is a positive integer and f is the product of the first 30 positive
integers, what is the value of d?

(1) 10^d is a factor of f.
(2) d > 6

(a^b は「a の b 乗」をあらわすものとします。)


解法:

この問題はMn-2の26, 27番、およびMn-4の72番と関連ある問題ですので、これら
のレッスンにご出席になったことのある方は合わせて検討されるといいと思います。
わかりにくい条件(1)を書き直すことからはじめましょう。f = 30!ですから(1)は
「10^dは30!を割り切る」、
言い換えれば
「30!は10でd回割り切れる」
ということです。よって30!が10で割り切れる最大回数をNとすれば、(1)は
「dはN以下」
と簡単にかけます。さてNの値は何でしょうか?10は素数2と素数5の積ですから、
30!の素因数分解の中に2と5が何個ずつ含まれるかが鍵になります。
5の個数: 30を5で割った商は6、5^2 = 25で割った商は1、5^3 = 125で割った商
は0だから、1,................,30の中に5の倍数は6個、5^2の倍数は1個あり、5^3の倍数
はない。よって1,................,30の積、即ち30!、の素因数分解中には5が6 + 1 = 7個
ある。
2の個数: 30を2で割った商は15、2^2 = 4で割った商は7、2^3 = 8で割った商は
3、2^4 = 16で割った商は1、2^5 = 32で割った商は0だから、1,................,30の中に2
の倍数は15個、2^2の倍数は7個、2^3の倍数は3個、2^4の倍数は1個あり、2^5
の倍数はない。よって1,................,30の積、即ち30!、の素因数分解中には2が15 +
7 + 3 + 1 = 26個ある。
というわけで、30!を10 = 2 x 5で何回も割っていくと7回までは割り切れる(30!の素因
数分解中に2も5も7個以上あるから)が8回は割り切れない(30!の素因数分解中に
5が7個しかないから)ということ、即ちN = 7であることが分かりました。
註:おわかりのように実際には2の個数を正確に求める必要は無く、ただそれが5の個
数以上であることがいえればよかったわけです。
以上の考察により、(1)は
「dは7以下」
と書き直せることが分かりましたので、
(1)のみを仮定するとd = 1,2,3,4,5,6,7、
(2)のみを仮定するとd = 7,8,9,10,11,12,......................、
(1) and (2)を仮定するとd = 7、
よって答えはC。


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