分母が200で、分子が1から200までの200個の分数が並んでいる。これらの既約分数(約分できない分数)の和を求める。

数論既約分数最大公約数互いに素包除原理約数
2025/4/6

1. 問題の内容

分母が200で、分子が1から200までの200個の分数が並んでいる。これらの既約分数(約分できない分数)の和を求める。

2. 解き方の手順

まず、既約分数の総数を求める必要がある。分母が200である既約分数の分子は、200と互いに素でなければならない。つまり、分子は200と最大公約数が1である必要がある。
200の素因数分解は 200=23×52200 = 2^3 \times 5^2 である。したがって、分子が2または5の倍数である分数は約分できる。
1から200までの整数のうち、2の倍数は 200/2=100200/2 = 100個、5の倍数は 200/5=40200/5 = 40個ある。2かつ5の倍数、つまり10の倍数は 200/10=20200/10 = 20個ある。
包除原理により、2または5の倍数の個数は 100+4020=120100 + 40 - 20 = 120個である。
したがって、200と互いに素な整数の個数は 200120=80200 - 120 = 80個である。
これらの既約分数の和を求める。kkが200と互いに素であるとき、200k200-kも200と互いに素である。したがって、k/200+(200k)/200=200/200=1k/200 + (200-k)/200 = 200/200 = 1である。
200と互いに素な整数は80個あるので、これらのペアは80/2=4080/2 = 40組作ることができる。それぞれの組の和は1であるから、既約分数の和は40となる。

3. 最終的な答え

40

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