a²+b²=c² を満たす自然数の性質を余りで示す(B)
★★★☆☆☆☆(共通テスト) / 作成者: shonan / 2026/10/23
🔁 類題: a²+b²=c² を満たす自然数の性質を余りで示す(A) (★★★☆☆☆☆(共通テスト))
問題
自然数 $a$,$b$,$c$ が $a^2+b^2=c^2$ を満たすとき,次のことを証明せよ.
\begin{enumerate}
\item[(1)] $a$,$b$ の少なくとも一方は偶数である.
\item[(2)] $a$,$b$,$c$ の少なくとも 1 つは 5 の倍数である.
\end{enumerate}
(1) $k$ を整数とすると,$(2k)^2=4k^2$,$(2k+1)^2=4(k^2+k)+1$ であるから,整数の 2 乗を 4 で割った余りは,偶数なら 0,奇数なら 1 である.
$a$,$b$ がともに奇数と仮定すると,$a^2$,$b^2$ を 4 で割った余りはともに 1 で,$c^2=a^2+b^2$ を 4 で割った余りは 2 となる.しかし,整数の 2 乗を 4 で割った余りは 0 か 1 であるから矛盾する.よって少なくとも一方は偶数である.
(2) $n$ が 5 の倍数でないとき,$k$ を整数として $n=5k\pm 1$,$5k\pm 2$ と表せる.$(5k\pm 1)^2=5(5k^2\pm 2k)+1$,$(5k\pm 2)^2=5(5k^2\pm 4k)+4$ であるから,$n^2$ を 5 で割った余りは 1 または 4 である.
$a$,$b$,$c$ がどれも 5 の倍数でないと仮定する.$a^2$,$b^2$ を 5 で割った余りはそれぞれ 1 か 4 なので,$a^2+b^2$ を 5 で割った余りは $1+1=2$,$1+4=5$(余り 0),$4+4=8$(余り 3)のいずれか,すなわち 2,0,3 のいずれかである.
一方,$c^2$ を 5 で割った余りは 1 か 4 であるから,どの場合も一致しない.これは矛盾である.
よって $a$,$b$,$c$ の少なくとも 1 つは 5 の倍数である.
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