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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 8/8: 正規化を戻し逆を確かめる
P(x)=xn+k or P(x)=−xn+k(n≥0 integer, k∈Z)P(x)=x^n+k\ \text{or}\ P(x)=-x^n+k\quad(n\ge0\text{ integer},\ k\in\mathbb Z)
詳しい解説

ステップ1〜6より正規化した多項式は xnx^n であるので、ステップ1の符号と平行移動を戻すと、ある整数 n≥0n\ge0 と整数 kk について P(x)=±xn+kP(x)=\pm x^n+k を得る。逆に P(x)=±xn+kP(x)=\pm x^n+k で P(s),P(t)P(s),P(t) が整数ならば sn,tns^n,t^n は整数であり、(st)n=sntn(st)^n=s^nt^n も整数、よって P(st)=±(st)n+kP(st)=\pm(st)^n+k も整数である。したがってこれらがまさに求める性質をもつ多項式である。