◆広島県 清川 育男 さんからの解答。
結論は不可能だと思います。
初項をχ1、項差をd(>0)とする。
初項から第10項までの和をsとする。
s=χ1×10+d×45
=5×(χ1×2+d×9)
sは第10項までの和であるから偶数でなければならない。
(χ1×2+d×9)が偶数でなければならない。
(d×9)が偶数でなければならない。
結局、項差dは偶数でなければならない。
したがって、初項χ1は2ではありえない。
各項は奇素数でなければならない。
χ10<2100であるから、2≦d≦220
3、5、7の剰余の考えから、dは3の倍数、5の倍数、7の倍数でなければならない。
そうすると少なくとも
d=2×3×5×7=210でなければならない。
220以下であるから。
χ10<2100からこの場合の最大の奇素数は2099となる。
sqrt(2099)=45.81..<46
46以下の最大の素数は43である。
3、5、7、11、13、17、19、23、29、31、37、41、43
3、5、7はクリア出来るがそれより大きい素数がクリア出来ない。
したがって題意を満たす等差数列を作ることが出来ない。
証明とは程遠いですが、多少の説明にはなっているか?
条件のχ1<>199の意味が解りません。
それが理解出来れば証明になるのでしょうね。
◆大阪府の高校生 CHECK さんからの解答。
χ1は素数なので奇数である。
(∵偶数ならば2の倍数であるため素数でなくなり、χ1が2であったとしても等差数列のためχ3が必ず2の倍数となってしまう)
さらに、公差はχ1より小さい素数の最小公倍数でなければ数列は素数にならない。
素数なのは第10項目までなので、χ1は9より大きくなければならない。
(∵10項目までにχ1の倍数がでてしまう)
以上を考慮すると次の数列が得られる。
9より大きい素数のうち最小のものは11であり、
11よりも小さい素数の最小公倍数は2×3×5×7=210。
よって初項11公差210の数列は題意を満たす。
11,221,431,641,851,1061, 1271,1481,1691,1901(ちょっと感想)
まだ全部が素数なのかは確かめていませんが、理屈では素数だと思います。
大学入試にも出てきそうないい問題だと思います。
【コメント】
ちょっと今日は検討している時間がないのですが、もし不可能という説が正しいのなら、素因数分解できるはずなのですがどうでしょう。
◆大阪府の高校生 CHECK さんからの解答。
私の解答の訂正
できると言い、しかもその数列を書いていましたが、後で調べてみると、2つ目の221がもろに13の倍数でした。
私の解答は間違いです。すいませ〜ん。
◆広島県 清川 育男 さんからの解答。
χ1≠199の意味が解りました。
項差210とする。
199,409,619,829,1039,1249,1459,1669,1879
確かにχ1=199が許されると項差210の等差数列になります。
各項は素数。
答えは不可能であることが予想されますが、理由を再考しなくてはなりません。
ユークリッドの互除法?と関係がありそうですね。
210−199=11
11,7,5,3。確かに予感がします。
◆広島県 清川 育男 さんからの解答。
求める等差数列の構造が解りました。
項差をdとする。d=2×3×5×7
d−11,2d−11,3d−11,4d−11,
5d−11,6d−11,7d−11,8d−11,
9d−11,10d−11
d=2×3×5×7=120。
したがって初項は120−11=199。
199は素数である。
199,409,619,829,
1039,1249,1459,1669,
1879,2089
各項はすべて素数である。
初項は199であってはいけないの条件がある。
上記の構造を満たす初項は199以外にない。
したがって、結論は不可能です。
答え 不可能です。
ここで疑問があります。上記の場合は条件を満たしています。
しかし11で割り切れないことは保障していますが、それより大きい素数で割り切れないという保障はありません。
この場合でいえば、
13、17、19、23、31、37、41、43です。
例えば 同じ構造の、
(d=2×3×5=30)、(30−7=23)を考えます。
23,53,83,113,143=11×13,173
第5項が素数ではありません。
この構造は一般的な場合には、必要条件ではあるが、十分条件にはなっていません。
成り立つ場合もあるということでしょうか。
しかし、今回の問題はどのようにして発見されたのでしょうか。
おもしろくもあり不思議な気分にさせる問題でした。
◆京都府 the king of water gate さんからの解答。
2020451591−224494620i
(0≦i<10)は条件を満たす。
(1)2020451591−224494620i
(0≦i<10)は全て素数。
(2)2020451591≠199。
(3)11<2100。