・不思議な6次式                          DD++ 氏

 2018年度入試センター試験の数学 I および数学 IA の最初の大問に、こんなのがあり
ました。

 A = x(x+1)(x+2)(5-x)(6-x)(7-x) とおく。x = (5+√17)/2 のとき、A = 2^[カ] である。
(X = x(5-x) とおく、などの誘導は略しました)

 最後の枠の用意の仕方が不思議で、印象的です。この大問は累乗数の話など全くしてお
らず、最後の計算も誘導通りにやると、

  A = 2*(2+6)*(2+14) = 2*8*16 = 2^8

と、A = [カキク] という枠の方が自然に見えるところに、突然脈絡なく累乗数が登場します。

 少し数学的背景を探ってみると、誘導にあえて乗らずに直接代入した式を眺めれば、

  A = ((5/2)^2-17/4)*((7/2)^2-17/4)*((9/2)^2-17/4)

となっていて、連続する奇数 5、7、9 がいずれも「2乗して17を引くと2の累乗数になる」という
性質を持っていることを利用して、解が綺麗に累乗数にまとまるようにしているのだとわかり
ます。

 ということは、同様に、連続する奇数 13、15、17 がいずれも「2乗して161を引くと2の累乗
数になる」という性質を持つことを利用すると、

   A = x(x+1)(x+2)(13-x)(14-x)(15-x) とおく。x = (13+√161)/2 のとき、A = 2^[キク] である。

という類題ができますし、連続する奇数 29、31、33 がいずれも「2乗して833を引くと2の累乗
数になる」という性質を持つことを利用すると、

   A = x(x+1)(x+2)(29-x)(30-x)(31-x) とおく。x = (29+7√17)/2 のとき、A = 2^[ケコ] である。

という類題ができます。

 一般に、nを3以上の整数として、連続する奇数 2^n-3、2^n-1、2^n+1 がいずれも「2乗して
4^n-6*2^n+1 を引くと2の累乗数になる」という性質を持つので、これを使えば無限に類題が
生成できる……のはいいとして。

 さて、この形以外で類題は存在するのでしょうか。つまり、

   A = x(x+1)(x+2)("3連続整数"-x)("3連続整数"-x)("3連続整数"-x) とおく。x = "二次の無
理数" のとき、A = "整数"^[   ] である。

という問題は他に作れるのでしょうか?また、次数を上げた

   A = x(x+1)(x+2)(x+3)("4連続整数"-x)("4連続整数"-x)("4連続整数"-x)("4連続整数"-x)
とおく。x = "二次の無理数" のとき A = "整数"^[   ] である。

という問題は存在しうるのでしょうか?(私も未解決ですので、答えは知りません)


 らすかるさんからのコメントです。(平成30年1月16日付け)

   A = x(x+1)(x+2)("3連続整数"-x)("3連続整数"-x)("3連続整数"-x) とおく。x = "二次の無
理数" のとき、A = "整数"^[   ] である。

という問題は他に作れるのでしょうか?

 x = 2+√2 のとき、x(x+1)(x+2)(4-x)(5-x)(6-x) = 14^2

 x = (95+√9017)/2 のとき、x(x+1)(x+2)(95-x)(96-x)(97-x) = 14^4

 x = (1369+√1874153)/2 のとき、x(x+1)(x+2)(1369-x)(1370-x)(1371-x) = 14^6

 x = (19205+√368832017)/2 のとき、x(x+1)(x+2)(19205-x)(19206-x)(19207-x) = 14^8

 一般に、 k = ((2n)^m)/2-3 として、x = {k + √(k^2-8)}/2 のとき、

 x(x+1)(x+2)(k-x)(k+1-x)(k+2-x) = (2n)^(2m)


 DD++さんからのコメントです。(平成30年1月16日付け)

 なるほど確かに、合成数なら x(k-x)、(x+1)(k+1-x)、(x+2)(k+2-x) のそれぞれが累乗数に
ならずとも積が累乗数になる場合はありますもんね。
(ところで、kは4以上の任意の自然数で (2k+6)^2 になるのでOKですね)

 3つの積それぞれが同じ整数の累乗数になるパターンは他にあるのでしょうか?


 らすかるさんからのコメントです。(平成30年1月16日付け)

 3つの積それぞれが同じ整数の累乗数になるパターンは他にあるのでしょうか?

 多分ないと思います。

 A = x(x+1)(x+2)(k-x)(k+1-x)(k+2-x) 、k≧1 ならば、x(k-x) が累乗数なので、x(k-x)≧1

よって、 (x+1)(k+1-x)=x(k-x)+(k+1)≧k+2

 {(x+2)(k+2-x)}/{(x+1)(k+1-x)}=1+(k+3)/{(x+1)(k+1-x)}≦1+(k+3)/(k+2)=2+1/(k+2)

 よって、(x+2)(k+2-x)は(x+1)(k+1-x) の3倍未満なので、同じ整数の累乗数になるならば、
2の累乗しかあり得ず、(x+2)(k+2-x)=2(x+1)(k+1-x)となる。

# 従って、同じ整数の累乗数で4連続はあり得ないですね。-2≦k≦0 は、-x^2が出てきて不
 適、k≦-3は上と同じですね。


 DD++さんからのコメントです。(平成30年1月16日付け)

 おお、なるほど。スッキリ解決、ありがとうございます。



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