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第5問

整数係数の多項式 P(x)P(x) で、任意の実数 ss, tt に対して、P(s)P(s) と P(t)P(t) がともに整数ならば P(st)P(st) も整数となるものをすべて求めよ。
ステップ 2/8: 中間値の定理で大きな素数に到達する
p>∑i=1n∣ai∣,p prime,∃ t∈R: P(t)=pp>\sum_{i=1}^n|a_i|,\quad p\ \text{prime},\qquad \exists\, t\in\mathbb R:\ P(t)=p
詳しい解説

∑i=1n∣ai∣\sum_{i=1}^n|a_i| より大きい素数 pp を一つ固定する。P(0)=0P(0)=0、PP は連続で、an>0a_n>0 より x→∞x\to\infty のとき P(x)→∞P(x)\to\infty なので、中間値の定理より P(t)=pP(t)=p を満たす実数 t>0t>0 が存在する。