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整数の性質の問題

難易度 4中学入試の標準レベル算数 整数の性質

分子と分母がどちらも 以上の整数で、分子と分母の和が になる分数を考えます。このような分数のうち、 より小さく、これ以上約分できないものは何個ありますか。

この問題で使うもの

この問題を解けるようになるまで(7 技能)
算数中学高校大学大学院

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一覧で見る(前提が先)
  1. 倍数の個数
  2. 約数の見つけ方
  3. 最大公約数と最小公倍数
  4. 〜でも〜でも割り切れる数の個数
  5. 素因数分解と約数の個数
  6. 約分できない分数の個数
  7. 分子と分母の和が決まった約分できない分数

ヒント

行き詰まったら、上から順に 1 つずつ開いてください。

ヒント 1

より小さいので分子は分母より小さく、分子は から までのどれかです。

ヒント 2

分子と分母が同じ数で割り切れると、和の もその数で割り切れます。逆に分子と が同じ数で割り切れれば分母も割り切れます。 を素数のかけ算で表してみましょう。

ヒント 3

なので、分子が でも でも でも割り切れなければ約分できません。 から までの奇数 個から、 または で割り切れるものを除きます。

答えと解説

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解説を読む

分子と分母の和が で、 より小さいので、分子は分母より小さくなります。分子が のとき分母も で になってしまうので、分子は から までの整数です。

約分できるかどうかの見分け方
分子と分母がある整数( より大きい)で両方割り切れるとき、その和の もその整数で割り切れます。反対に、分子と がある整数で両方割り切れるとき、分母( から分子をひいた数)もその整数で割り切れます。
つまり、「分子と分母が同じ数で割り切れる」ことと「分子と が同じ数で割り切れる」ことは同じです。

なので、約分できないのは、分子が でも でも でも割り切れないときです。

から までで、 でも でも でも割り切れない数を数える
で割り切れない数(奇数)は の 個です。
このうち で割り切れるものは で、 ずつ増えるので 個です。
で割り切れるものは の 個です。
でも でも割り切れるもの( で割り切れる奇数)は の 個で、上の つの両方で数えられています。
よって、 または で割り切れる奇数は 個です。
したがって、求める個数は

(実際に書き出すと、分子は の 個です。)
よって答えは 個です。

別解

分子と分母の和が で、 より小さいので、分子は 以上 以下(分子が だと になり、 以上だと より大きくなる)。

分子と分母の最大公約数は、分子と和 の最大公約数と同じです。したがって約分できない条件は、分子と が 以外の公約数をもたないこと。

なので、分子が 、、 のどれの倍数でもなければよい。 から までで、、、 のどれの倍数でもない数は、 個。

これらは をはさんで左右対称(分子が条件に合えば 分子 も合う)で、 自身は合わないので、 以下には半分の 個あります。

確かめ: の 個。

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