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慶應環境情報2017

2017年慶應義塾大学環境情報|過去問徹底研究 大問2

方針の立て方
(15)~(22)については解説に書いた通り.
(23)~(30)については,前問で証明した命題を具体的に適用する問題となっている.一発で思いつくのは現実問題不可能であるため,証明の方法に従ってやっていく.証明では,nが偶数のときと奇数のときで場合分けしていて,nが偶数のときは2で割った自然数を,nが奇数のときは3^k\leqq n<3^{k+1}となるkを用いてn-3^kと表される自然数をそれぞれ考察することで,nより小さい自然数に還元していくという方法であった.本問でもこれに倣い2017が奇数であることから3^k\leqq2017<3^{k+1}となるkを求め,その後2017-3^6=1288を考察する.その後1288は偶数だから……といった具合に,どんどん考察する自然数を小さくしていく.

解答例
(15)……7
(16)……2
(17)……8
(18)……6
(19)……7
(20)……2
(21)……6
(22)……5
(23)……8
(24)……0
(25)……7
(26)……1
(27)……3
(28)……4
(29)……0
(30)……6

解説
○(16)について
nが偶数のため,\frac{n}{2}は自然数かつnより小さい.よって,帰納法の仮定が適用できる.

〇(18)について
任意のnに対して3^k\leqq n<3^{k+1}となるようなkはただ一つに決まる.

〇(19)と(20)について
「前半の議論により」とあるので,偶数のときと同じ議論が適用できると分かる.

〇(21)と(22)について
(18)での解答:3^k\leqq n<3^{k+1}より,n-3^k<3^{k+1}-3^k……(21)
また,3^{k+1}-3^k=3\cdot3^k-3^k=2\cdot3^kより,
\frac{3^{k+1}-3^k}{2}=3^k……(22)

〇(23)~(30)について
2017は奇数であり,3^k\leqq2017<3^{k+1}となるkk=6である.2017-3^6=1288
1288は偶数であり,\frac{1288}{2}=644
644は偶数であり,\frac{644}{2}=322
322は偶数であり,\frac{322}{2}=161
161は奇数であり,3^k\leqq161<3^{k+1}となるkk=4である.161-3^4=80
80は偶数であり,\frac{80}{2}=40
40は偶数であり,\frac{40}{2}=20
20は偶数であり,\frac{20}{2}=10
10は偶数であり,\frac{10}{2}=5
5は奇数であり,3^k\leqq5<3^{k+1}となるkk=1である.5-3^1=2
\therefore2017=3^6+1288=3^6+2\cdot644=3^6+2^2\cdot322=3^6+2^3\cdot161=3^6+2^3\cdot\left(80+3^4\right)=3^6+2^3\cdot3^4+2^3\cdot80=3^6+2^3\cdot3^4+2^4\cdot40=3^6+2^3\cdot3^4+2^5\cdot20=3^6+2^3\cdot3^4+2^6\cdot10=3^6+2^3\cdot3^4+2^7\cdot5=3^6+2^3\cdot3^4+2^7\cdot2+3=2^8\cdot3^0+2^7\cdot3^1+2^3\cdot3^4+2^0\cdot3^6……(答)

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