分母が200で分子が1から200までの分数、つまり $\frac{1}{200}, \frac{2}{200}, \frac{3}{200}, \dots, \frac{200}{200}$ という200個の分数が与えられています。このうち、既約分数(約分できない分数)は何個あるかを求める問題です。

数論既約分数最大公約数互いに素素因数分解包除原理
2025/4/6

1. 問題の内容

分母が200で分子が1から200までの分数、つまり 1200,2200,3200,,200200\frac{1}{200}, \frac{2}{200}, \frac{3}{200}, \dots, \frac{200}{200} という200個の分数が与えられています。このうち、既約分数(約分できない分数)は何個あるかを求める問題です。

2. 解き方の手順

既約分数を求めるには、分子と分母が互いに素であるものを数える必要があります。つまり、分子(1から200までの整数)と分母(200)の最大公約数が1であるものを数えます。
200を素因数分解すると 200=23×52200 = 2^3 \times 5^2 です。
分子が200と互いに素であるためには、分子は2の倍数でも5の倍数でもあってはなりません。
まず、1から200までの整数のうち、2の倍数の個数を求めます。
2002=100\lfloor \frac{200}{2} \rfloor = 100
次に、1から200までの整数のうち、5の倍数の個数を求めます。
2005=40\lfloor \frac{200}{5} \rfloor = 40
次に、1から200までの整数のうち、10(2と5の最小公倍数)の倍数の個数を求めます。
20010=20\lfloor \frac{200}{10} \rfloor = 20
1から200までの整数のうち、2の倍数または5の倍数の個数は、包除原理より
100+4020=120100 + 40 - 20 = 120
したがって、1から200までの整数のうち、2の倍数でも5の倍数でもない(200と互いに素な)整数の個数は
200120=80200 - 120 = 80

3. 最終的な答え

80 個

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