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第2問

多項式 PP と正整数 nn に対して、PnP_n を a<b≤na<b\le n かつ ∣P(a)∣−∣P(b)∣|P(a)|-|P(b)| が nn で割り切れるような正整数の組 (a,b)(a,b) の個数と定める。すべての正整数 nn に対して Pn≤2021P_n\le2021 となる整数係数多項式 PP をすべて求めよ。
ステップ 4/6: 1次の係数は ±1
P(x)=cx+d,∣c∣=1P(x)=cx+d,\quad |c|=1
詳しい解説

P(x)=cx+dP(x)=cx+d(c≠0c\ne0)と書く。∣c∣≥2|c|\ge2 ならば、n=∣c∣≥2n=|c|\ge2 をとると P(1)=c+d≡d(modc)P(1)=c+d\equiv d\pmod c と P(2)=2c+d≡d(modc)P(2)=2c+d\equiv d\pmod c は mod n=∣c∣n=|c| で合同となり、y=1,z=2y=1,z=2 に対する補題に矛盾する。よって ∣c∣=1|c|=1 である。