質問<2169>
「「代数学」」
日付 2005/1/22
質問者 てつ


すみません質問が2つあります。
1.pを奇数とするとき次の問を証明せよ。
  整数n(≧2)に対して、
  a^(p-1)\(p^{n}\)-1≡1,a^(p-1)\(p^{n}\)-2 NOT≡1(mod\(p^{n}\))
2.代数方程式\(x^{3}\)-18\(x^{2}\)-38x-40=0について次の問に
  答えなさい。
  ① x=\(2^{n}\)(nは自然数)は解にならないことを証
    明せよ。
  ② 方程式を解け。

 
1は質問に載っていた問題なのですが、答えが載っていなかったような
気がするのでよろしくお願いします。どなたか教えてください。

★希望★完全解答★

お便り
日付 2005/1/22
回答者 みっちぃ


(問2)
①代数方程式の有理数解は,x=\(\pm\)(定数項の約数)/(最高次係数の約数)という
 性質があります.

よって,この問題では,x=\(\pm\)(40の約数)/(1の約数)=(40の約数)という有理数解
をもち得る.
すると,x=\(2^{n}\)という解をもつなら,n=1,2,3しか考えられません.
これらのnで,解になるか確かめてみましょう.
しかし,正直に計算するのは少ししんどいので,少し楽をしましょう.

この場合は,x>0に対して,\(x^{3}\)-18\(x^{2}\)-38x-40<\(x^{3}\)-18\(x^{2}\)であるが,
x=2,4,8に対して,\(x^{3}\)-18\(x^{2}\)<0…(☆)なので,
x=\(2^{n}\)に対して,\(x^{3}\)-18\(x^{2}\)-38x-40=0にはなりえない.

②1つの有理数解を見つければ一瞬です.
x=1,2,4,5,8は①の議論で解にはなりえない.

また,同様にx<0に有理数解があるか探してみると,
x=-y(y>0)とおくと
-\(y^{3}\)-18\(y^{2}\)+38y-40=0なので,y=1,2,4,5,8,10…を代入すると,
明らかに-\(y^{3}\)-18\(y^{2}\)+38y-40<0になりそうなので,
解はないだろうと思える.

よって,有理数解になりえるのは,(☆)の議論よりx=20,40くらい
しかないとわかる.
x=20のとき,\(x^{3}\)=8000,18\(x^{2}\)+38x+40=18*400+38*20+2*20=8000とx=20は解.

\(x^{3}\)-18\(x^{2}\)-38x-40=(x-20)(\(x^{2}\)+2x+2)=0を解くので
x=20,-1\(\pm\)iが答え.