$x$ と $y$ の最大公約数を $g$ とするとき、$5x - 6y$ と $x - y$ の最大公約数を求める問題です。

数論最大公約数GCD整数の性質
2025/4/7

1. 問題の内容

xxyy の最大公約数を gg とするとき、5x6y5x - 6yxyx - y の最大公約数を求める問題です。

2. 解き方の手順

xxyy の最大公約数が gg であることから、x=agx = ag , y=bgy = bgaabb は互いに素な整数)と表すことができます。
このとき、5x6y5x - 6yxyx - y はそれぞれ、5ag6bg5ag - 6bgagbgag - bg と表せます。
5x6y=5ag6bg=(5a6b)g5x - 6y = 5ag - 6bg = (5a - 6b)g
xy=agbg=(ab)gx - y = ag - bg = (a - b)g
5x6y5x - 6yxyx - y の最大公約数を求めることは、(5a6b)g(5a - 6b)g(ab)g(a - b)g の最大公約数を求めることと同じです。
ここで、(5a6b)g(5a - 6b)g(ab)g(a - b)g の最大公約数は gg5a6b5a - 6baba - b の最大公約数の積になります。つまり、g×GCD(5a6b,ab)g \times GCD(5a - 6b, a - b)
GCD(5a6b,ab)GCD(5a - 6b, a - b) を計算します。
5a6b=5(ab)b5a - 6b = 5(a - b) - bなので
GCD(5a6b,ab)=GCD(5(ab)b,ab)GCD(5a - 6b, a - b) = GCD(5(a - b) - b, a - b)
GCD(5(ab)b,ab)=GCD(b,ab)GCD(5(a - b) - b, a - b) = GCD(-b, a - b)
GCD(b,ab)=GCD(b,ab)GCD(-b, a - b) = GCD(b, a - b)
GCD(b,ab)=GCD(b,a)GCD(b, a - b) = GCD(b, a)
aabb は互いに素なので、GCD(a,b)=1GCD(a, b) = 1
したがって、5x6y5x - 6yxyx - y の最大公約数は g×1=gg \times 1 = g

3. 最終的な答え

gg

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