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数学A

整数せいすう性質せいしつ (約数やくすう倍数ばいすう素因数そいんすう分解ぶんかい)

最終確認日:

このしょうまなぶこと

しん課程かてい (平成へいせい 30 ねん告示こくじ) でのあつかい:整数せいすう性質せいしつ」 は 数学すうがく人間にんげん活動かつどう」 に統合とうごう選択せんたくせい となり、 必履修りしゅうではなくなりました。 しかし大学だいがく入試にゅうし (とく国公立こっこうりつ難関なんかん私大しだい) ではつづ出題しゅつだいされるため、 入試にゅうし視野しやれるなら 発展はってん内容ないようとしての学習がくしゅう推奨すいしょう されます。

確率かくりつからいってんせいすう世界せかいはいります。 高校こうこう数学すうがく A の 整数の性質せいすうのせいしつ は、 中学ちゅうがくの 「倍数ばいすう約数やくすう」 をせいなおし、 大学だいがく入試にゅうし競技きょうぎ数学すうがくにつながる 「せいすう論」 の入口いりぐちとなります。

  • 約数やくすう倍数ばいすう定義ていぎせいしつせいする
  • 倍数判定法ばいすうはんていほう (3、 4、 8、 9 の倍数ばいすう) を使つかいこなす
  • 素数そすう素因数分解そいんすうぶんかいかくにんする
  • 素因数分解そいんすうぶんかいから 約数の個数やくすうのこすう約数の和やくすうのわもとめる
  • 最大公約数さいだいこうやくすう (gcd)最小公倍数さいしょうこうばいすう (lcm)計算けいさんする

ポイント: せいすう問題もんだいおおくは 素因数分解そいんすうぶんかいからはじまる。 「素因数そいんすうなんずつどのようにふくまれているか」 をあくするのがかぎ

1. 約数やくすう倍数ばいすう

定義ていぎ

せいすう a,ba, b (b0b \neq 0) について、 あるせいすう kk存在そんざいして a=bka = bkあらわせるとき、 「bbaa約数やくすう」、 「aabb倍数ばいすう」 といます。

れい: 12=3×412 = 3 \times 4 なので 3 は 12 のやくすう、 12 は 3 のばいすう

基本きほん性質せいしつ

  • 1 はすべてのせいすうやくすう
  • にんせいすう nnたいnnnnしんやくすうばいすう
  • bab \mid a (= bbaaわれる) と bcb \mid c なら b(a±c)b \mid (a \pm c)
  • bab \mid a ならにんせいすう kk について bkab \mid ka

2. 倍数ばいすう判定はんていほう

おも倍数ばいすう判定はんてい

かず判定はんていほう
2いちくらいぐうすう (0, 2, 4, 6, 8)
3各位かくい数字すうじが 3 のばいすう
4した 2 けたが 4 のばいすう
5いちくらいが 0 か 5
62 のばいすうかつ 3 のばいすう
8した 3 けたが 8 のばいすう
9各位かくい数字すうじが 9 のばいすう
11各位かくいこう符号ふごうえてしたあたいが 11 のばいすう

例題れいだい 1: 倍数ばいすう判定はんてい

12345678 はどのかず倍数ばいすうか。

  • いちくらいは 8 → 2 の倍数ばいすう。 ただし した 2 けた 78 は 4 の倍数ばいすうではない (78 = 4·19 + 2) ので 4 の倍数ばいすうではないただしくは 2 の倍数ばいすうだけ。
  • 各位かくい: 1+2+3+4+5+6+7+8=361+2+3+4+5+6+7+8 = 36。 これは 9 の倍数ばいすう9 の倍数ばいすう (したがって 3 の倍数ばいすうでもある)。

3. 素数そすう素因数そいんすう分解ぶんかい

素数そすう定義ていぎ

素数そすうとは 1 とそのすうしん以外いがいやくすうたない 2 以上いじょうぜんいます。 2, 3, 5, 7, 11, 13, 17, 19, ... が素数そすうれい

ちゅう: 1 は素数そすうではありません。

素因数そいんすう分解ぶんかい

にんの 2 以上いじょうぜん数は素数そすうせきとして ただいちとおあらわせます (素因数分解の一意性そいんすうぶんかいのいちいせい)。

れい: 60=223560 = 2^2 \cdot 3 \cdot 5180=22325180 = 2^2 \cdot 3^2 \cdot 51024=2101024 = 2^{10}504=23327504 = 2^3 \cdot 3^2 \cdot 7

分解ぶんかい仕方しかた

ちいさい素数そすうからじゅんつづけます。

180÷2=90÷2=45÷3=15÷3=5÷5=1180 \div 2 = 90 \div 2 = 45 \div 3 = 15 \div 3 = 5 \div 5 = 1。 したがって 180=22325180 = 2^2 \cdot 3^2 \cdot 5

4. 約数やくすう個数こすう

約数やくすう個数こすう

n=p1a1p2a2pkakn = p_1^{a_1} p_2^{a_2} \cdots p_k^{a_k}素因数そいんすう分解ぶんかいされるとき、 やくすうすう

(a1+1)(a2+1)(ak+1)(a_1 + 1)(a_2 + 1) \cdots (a_k + 1)

約数やくすう総和そうわ

σ(n)=(1+p1++p1a1)(1+p2++p2a2)\sigma(n) = (1 + p_1 + \cdots + p_1^{a_1})(1 + p_2 + \cdots + p_2^{a_2}) \cdots

等比数列の和とうひすうれつのわこうしき 1+p+p2++pa=pa+11p11 + p + p^2 + \cdots + p^a = \dfrac{p^{a+1} - 1}{p - 1}使つかうと計算けいさんらく

例題れいだい 2: 180 の約数やくすう

180=22325180 = 2^2 \cdot 3^2 \cdot 5

  • すう: (2+1)(2+1)(1+1)=18(2+1)(2+1)(1+1) = 18
  • 総和そうわ: (1+2+4)(1+3+9)(1+5)=7136=546(1+2+4)(1+3+9)(1+5) = 7 \cdot 13 \cdot 6 = 546

例題れいだい 3: 12 の約数やくすう

12=22312 = 2^2 \cdot 3すう(2+1)(1+1)=6(2+1)(1+1) = 6個 (= {1,2,3,4,6,12}\{1, 2, 3, 4, 6, 12\})。 総和そうわ(1+2+4)(1+3)=74=28(1+2+4)(1+3) = 7 \cdot 4 = 28

5. 最大公約数さいだいこうやくすう最小公倍数さいしょうこうばいすう

定義ていぎ

  • 最大公約数さいだいこうやくすう gcd(a,b)\gcd(a, b): aabbきょうつうやくすうなかもっとおおきいもの
  • 最小公倍数さいしょうこうばいすう lcm(a,b)\mathrm{lcm}(a, b): aabbきょうつうばいすうなかもっとちいさいもの

素因数そいんすう分解ぶんかいもとめる

a=p1a1p2a2a = p_1^{a_1} p_2^{a_2} \cdotsb=p1b1p2b2b = p_1^{b_1} p_2^{b_2} \cdotsおな素数そすうきょうつうならべたとき

gcd(a,b)=pimin(ai,bi),lcm(a,b)=pimax(ai,bi)\gcd(a, b) = \prod p_i^{\min(a_i, b_i)}, \quad \mathrm{lcm}(a, b) = \prod p_i^{\max(a_i, b_i)}

例題れいだい 4: gcd と lcm

a=72=2332a = 72 = 2^3 \cdot 3^2b=108=2233b = 108 = 2^2 \cdot 3^3

  • gcd(a,b)=2232=36\gcd(a, b) = 2^2 \cdot 3^2 = 36
  • lcm(a,b)=2333=216\mathrm{lcm}(a, b) = 2^3 \cdot 3^3 = 216
  • 検算けんざん: gcdlcm=36216=7776=72108\gcd \cdot \mathrm{lcm} = 36 \cdot 216 = 7776 = 72 \cdot 108

公式こうしき

gcd(a,b)lcm(a,b)=ab\gcd(a, b) \cdot \mathrm{lcm}(a, b) = a \cdot b

6. しょうまつまとめ

がいねんないよう
倍数ばいすう判定はんてい3, 9 はけた、 4 はした 2 けた、 8 はした 3 けた
素因数そいんすう分解ぶんかいいちせい保証ほしょうされる
やく数個すうこすう(a1+1)(a2+1)(a_1+1)(a_2+1)\cdots
約数やくすう総和そうわ(1+p1++p1a1)(1+p_1+\cdots+p_1^{a_1})\cdots
gcd, lcm素因数そいんすうmin,max\min, \maxgcdlcm=ab\gcd \cdot \mathrm{lcm} = ab

しょうでは: おおきなかずgcd\gcdこうりつよくもとめる ユークリッドの互除法ゆーくりっどのごじょほうまなびます。 不定方程式ふていほうていしきへの重要じゅうよう道具どうぐとなります。

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