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第3問

{x}\{x\} を xx の小数部分とするとき、{n202}+{2n202}+⋯+{kn202}=k2,\left\{\frac{n}{202}\right\}+\left\{\frac{2n}{202}\right\}+\cdots+\left\{\frac{kn}{202}\right\}=\frac{k}{2}, を満たす正整数 nn が存在するような正整数 k<202k<202 をすべて求めよ。({x}\{x\} とは、x−rx-r が整数となる実数 rr(0≤r<10\le r<1)のことである。)
ステップ 3/5: 素数101を法として考える
101∣k(k+1) ⟹ k∈{100,101,201}(1≤k<202)101\mid k(k+1)\ \Longrightarrow\ k\in\{100,101,201\}\quad(1\le k<202)
詳しい解説

nk(k+1)−404z=202knk(k+1)-404z=202k を法 101101 で考える(202=2⋅101202=2\cdot101、404=4⋅101404=4\cdot101 に注意)と 101∣nk(k+1)101\mid nk(k+1) を得る。101101 は素数で 101∤n101\nmid n なので 101∣k(k+1)101\mid k(k+1)、すなわち 101∣k101\mid k または 101∣k+1101\mid k+1 が従う。1≤k<2021\le k<202 と合わせると残るのはちょうど k∈{100,101,201}k\in\{100,101,201\} である。