数学A 第4章 整数の性質 — 整数の応用

この節の前提整数の基本性質

合同式

和・差・積の余り

5+6を4で割った余りは、 であるから、 より3である。

これは、5を4で割った余りの1と、6を4で割った余りの2を加えた3と等しい。

すなわち、「足してから割った余り」は、「それぞれの余りを足したもの」をもう一度4で割った余りに等しい。

余りを足しただけでは、そのまま余りになるとは限らない。例えば、 を4で割った余りは1であるが、7を4で割った余りの3と、6を4で割った余りの2を足すと5となる。この5をもう一度4で割った余りが1となり、一致する。 一般的に次のことが言える。

§

定理1和・差・積の余り

2つの整数 を で割った時の余りを、それぞれ とすると、次のことが成り立つ。

  1. を で割った余りは、 を で割った余りと等しい。
  2. を で割った余りは、 を で割った余りと等しい。
  3. を で割った余りは、 を で割った余りと等しい。
  4. を で割った余りは、 を で割った余りと等しい( は正の整数)。
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証明

を で割った商を 、 を で割った商を とすると

と表せる。このとき

となる。

いずれも右辺の第1項は の倍数であるから、 で割った余りには影響しない。 よって、 を で割った余りは を で割った余りに等しく、差と積についても同様である。

また、4は3を繰り返し使えばよい。

∎

問題1和・差・積の余り

  1. を4で割った余りを求めよ。
  2. を7で割った余りを求めよ。
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  1. であるから、5を4で割った余りは1である。

    したがって、和・差・積の余りの4より、 を4で割った余りは、 を4で割った余り、すなわち である。

  2. であるから、 を7で割った余りは1である。

    ここで、 であるから

    と表せる。 和・差・積の余りの4より、 を7で割った余りは であり、同じく3より、 を7で割った余りは を7で割った余り、すなわち である。

合同式とは何か

§

定義2合同式

2つの整数 を で割った時の余りが等しいとき、 と は を法として合同である、といい

と表す。

例えば、17も2も、5で割った余りは2であるから、 である。

この記号を使うと、前の小節の和・差・積の余りは、 、 のとき

と短く書ける。

また、 であることは、 が の倍数であることと同じである。

実際、 、 と余りが等しいとすると

となり、 は の倍数である。 逆に が の倍数ならば、整数 を用いて と書けるので、 より

となり、余りはやはり等しい。

合同式の性質

合同式については、次のことが成り立つ。

§

定理3合同式

を整数、 を正の整数とするとき、次のことが成り立つ。

  1. ならば、
  2. かつ ならば、
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証明

いずれも「差が の倍数であること」に言いかえて示す。

であるから、1が成り立つ。

ならば、整数 を用いて と書けるので、 となり、2が成り立つ。

さらに、 でもあるとき、整数 を用いて と書けるので

となり、3が成り立つ。

∎
§

定理4合同式の性質

を整数、 を正の整数とし、以下 を法とする。 かつ のとき、次のことが成り立つ。

証明を見る
証明

仮定より、 と は の倍数であるから、整数 を用いて 、 とおける。このとき

となり、いずれも の倍数であるから、1〜3が成り立つ。

4は、3を繰り返し使えばよい。

∎

問題2倍数の判定

  1. 3けたの自然数 の各位の数の和が3の倍数ならば、 も3の倍数であることを、合同式を使って示せ。
  2. 1234を11で割った余りを、 であることを使って求めよ。
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  1. の百の位を 、十の位を 、一の位を とすると、 である。

    であるから、 となり

    よって、 が3の倍数ならば、 を3で割った余りも0、すなわち は3の倍数である。

  2. より、 、 であるから

    よって、求める余りは である。

整数の応用的な論点

ピタゴラス数

§

定義5ピタゴラス数

を満たす自然数の組 を、ピタゴラス数という。

例えば、 や はピタゴラス数である。

§

定理6ピタゴラス数の表し方

の最大公約数が1であるピタゴラス数は、 を奇数、 を偶数とすると、互いに素で一方が偶数、他方が奇数であるような自然数 を用いて

の形にすべて表せる。 実際、 、 とすると が、 、 とすると が得られる。

中国式剰余定理

§

定理7中国式剰余定理

を整数、 を互いに素な正の整数とするとき、 かつ を満たす整数 は、 を法としてただ1つ定まる。

例えば、3で割ると2余り、5で割ると3余る整数 は、 、すなわち である。

フェルマーの小定理

§

定理8フェルマーの小定理

を素数とし、整数 が の倍数でないとき

が成り立つ。

例えば、 、 のとき、 であるから となる。

最終更新: 2026-09-03

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