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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 7/8: 最高次係数を1に強制する
a=b=an−1/n,P(a)=P(b)=1∈Z ⟹ P(ab)=1an∈Z ⟹ an=1a=b=a_n^{-1/n},\quad P(a)=P(b)=1\in\mathbb Z\ \Longrightarrow\ P(ab)=\frac1{a_n}\in\mathbb Z\ \Longrightarrow\ a_n=1
詳しい解説

P(x)=anxnP(x)=a_nx^n、an>0a_n>0 のとき a=b=an−1/na=b=a_n^{-1/n} とおくと P(a)=P(b)=an⋅an−1=1∈ZP(a)=P(b)=a_n\cdot a_n^{-1}=1\in\mathbb Z である。すると仮定より P(ab)=P(a2)=an an−2=1/anP(ab)=P(a^2)=a_n\,a_n^{-2}=1/a_n が整数でなければならない。ana_n は正整数なので、これは an=1a_n=1 を強制する。