$\sqrt{20-2a}$ の値が自然数となるような、自然数 $a$ の値をすべて求める問題です。

代数学平方根整数方程式自然数
2025/7/7

1. 問題の内容

202a\sqrt{20-2a} の値が自然数となるような、自然数 aa の値をすべて求める問題です。

2. 解き方の手順

202a\sqrt{20-2a} が自然数となるためには、まず 202a20-2a が0以上の整数でなければなりません。
なぜなら、平方根の中身は負の数になってはいけないからです。
また、202a\sqrt{20-2a} の値は自然数なので、202a20-2a は平方数(ある自然数の2乗)である必要があります。
つまり、202a=n220-2a = n^2nn は自然数または0)とおけることになります。
202a20-2a が0以上の整数なので、n2n^2 は0以上の整数であり、したがって nn は0以上の整数です。
202a020-2a \ge 0 より、2a202a \le 20 となり、a10a \le 10 が得られます。aa は自然数なので、1a101 \le a \le 10 です。
202a=n220-2a = n^2 を変形すると、2a=20n22a = 20 - n^2 となります。
さらに a=10n22a = 10 - \frac{n^2}{2} となります。
aa は自然数なので、10n2210 - \frac{n^2}{2} も自然数である必要があります。
nn は整数なので、n2n^2 は整数です。したがって、n22\frac{n^2}{2} は整数でなければなりません。
つまり、n2n^2 は偶数でなければなりません。n2n^2 が偶数であるためには、nn 自身が偶数である必要があります。
そこで、n=0,2,4n=0, 2, 4 の場合について考えます。(nn は0以上の偶数なので。)
* n=0n=0 のとき、a=10022=100=10a = 10 - \frac{0^2}{2} = 10 - 0 = 10
* n=2n=2 のとき、a=10222=1042=102=8a = 10 - \frac{2^2}{2} = 10 - \frac{4}{2} = 10 - 2 = 8
* n=4n=4 のとき、a=10422=10162=108=2a = 10 - \frac{4^2}{2} = 10 - \frac{16}{2} = 10 - 8 = 2
nn が6以上の偶数のとき、aa は負の数になり、aa が自然数であることに反します。
n=6n=6のとき、a=10362=1018=8a = 10 - \frac{36}{2} = 10 - 18 = -8となります。
したがって、条件を満たす aa の値は 2,8,102, 8, 10 です。

3. 最終的な答え

a=2,8,10a = 2, 8, 10

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