$3n+16$ と $4n+18$ の最大公約数が 5 となるような、50 以下の自然数 $n$ をすべて求める問題です。

数論最大公約数ユークリッドの互除法整数の性質倍数
2025/7/30

1. 問題の内容

3n+163n+164n+184n+18 の最大公約数が 5 となるような、50 以下の自然数 nn をすべて求める問題です。

2. 解き方の手順

* **ステップ 1: ユークリッドの互除法**
4n+184n+183n+163n+16 に対してユークリッドの互除法を適用します。
4n+18=1(3n+16)+(n+2)4n+18 = 1(3n+16) + (n+2)
3n+16=3(n+2)+103n+16 = 3(n+2) + 10
したがって、3n+163n+164n+184n+18 の最大公約数は、n+2n+2 と 10 の最大公約数に等しくなります。
* **ステップ 2: 最大公約数の条件**
問題文より、3n+163n+164n+184n+18 の最大公約数は 5 ですから、n+2n+2 と 10 の最大公約数が 5 である必要があります。
これは、n+2n+2 が 5 の倍数であり、かつ 10 の倍数でないことを意味します。
つまり、n+2=5kn+2 = 5kkk は奇数)と表すことができます。
* **ステップ 3: nn の範囲**
n50n \le 50 より、n+252n+2 \le 52 です。
n+2=5k52n+2 = 5k \le 52 なので、k525=10.4k \le \frac{52}{5} = 10.4 となります。
kk は奇数なので、k=1,3,5,7,9k = 1, 3, 5, 7, 9 のいずれかです。
* **ステップ 4: nn の値を求める**
k=1k = 1 のとき、n+2=5(1)=5n+2 = 5(1) = 5 より、n=3n = 3
k=3k = 3 のとき、n+2=5(3)=15n+2 = 5(3) = 15 より、n=13n = 13
k=5k = 5 のとき、n+2=5(5)=25n+2 = 5(5) = 25 より、n=23n = 23
k=7k = 7 のとき、n+2=5(7)=35n+2 = 5(7) = 35 より、n=33n = 33
k=9k = 9 のとき、n+2=5(9)=45n+2 = 5(9) = 45 より、n=43n = 43

3. 最終的な答え

求める nn の値は、3, 13, 23, 33, 43 です。

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