수리논술, 이게 다다.

자연계열 1번

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문제

[문제 1] 다음 제시문을 읽고 질문에 답하시오.

〈제시문〉

오늘날 은행 등 여러 곳에서 널리 사용되고 있는 비밀번호나 공인인증 등은 모두 정보를보호하기 위한 방법이다. 이와 같이 정보를 보호하는 방법에서 약수와 배수 이론이 널리 응용되고 있다.비교적 작은 수가 어떤 수의 배수인지를 알아보는 가장 간단한 방법은 직접 나눗셈을 해보면 된다. 그러나 다음의 두 사실을 이용하면 직접 나누어보지 않고도 약수와 배수의 문제를 좀 더 간단히 해결 할 수 있는 경우가 많다.

두 정수 a,b\displaystyle a,b를 자연수 n\displaystyle n으로 나눈 나머지를 각각 ra,rb\displaystyle r_a,r_b라 하자.[사실 1] a+b\displaystyle a+b를 n\displaystyle n으로 나눈 나머지와 ra+rb\displaystyle r_a+r_b를 n\displaystyle n으로 나눈 나머지는 서로 같다.[사실 2] a×b\displaystyle a\times b를 n\displaystyle n으로 나눈 나머지와 ra×rb\displaystyle r_a\times r_b를 n\displaystyle n으로 나눈 나머지는 서로 같다.

[논제 1] [사실 2]를 증명하시오. (10점)

[논제 2] 자연수 a\displaystyle a를 십진법으로 나타내어a=am10m+am−110m−1+⋯+a110+a0\displaystyle a=a_m10^m+a_{m-1}10^{m-1}+\cdots+a_1 10+a_0이라고 하자. [사실 1]과 [사실 2]를 이용하여 a\displaystyle a와 a0+a1+⋯+am\displaystyle a_0+a_1+\cdots+a_m을 각각 3\displaystyle 3으로나눈 나머지가 서로 같음을 설명하시오. (10점)

[논제 3] [사실 1]과 [사실 2]를 이용하여 k=0,1,2,⋯ ,10\displaystyle k=0,1,2,\cdots,10에 대하여 10k\displaystyle 10^k을 7\displaystyle 7로 나눈 나머지들을 차례대로 구하고, 이를 이용하여 37423476672\displaystyle 37423476672를 7\displaystyle 7로 나눈 나머지를 구하고 그 과정을 설명하시오(단, 직접적인 나눗셈은 하지 말 것). (10점)

[논제 4] 위의 [논제 2]와 [논제 3]의 결과를 이용하여 37423476672\displaystyle 37423476672를 21\displaystyle 21로 나눈 나머지를구하고 그 과정을 설명하시오(단, 직접적인 나눗셈은 하지 말 것). (10점)

해설강의 준비중

[논제 1]두 정수 a,b\displaystyle a,b를 n\displaystyle n으로 나눈 나머지가 각각 ra,rb\displaystyle r_a,r_b이므로, a=nk+ra\displaystyle a=nk+r_a, b=nl+rb\displaystyle b=nl+r_b인 정수 k,l\displaystyle k,l이 존재하고, 0≤ra,rb≤n−1\displaystyle 0\le r_a,r_b\le n-1이다. 따라서ab=(nk+ra)(nl+rb)=n(nkl+rbk+ral)+rarb\displaystyle ab=(nk+r_a)(nl+r_b)=n(nkl+r_bk+r_al)+r_ar_b ……①이고, 0≤ra,rb≤n−1\displaystyle 0\le r_a,r_b\le n-1이므로 0≤rarb≤(n−1)2\displaystyle 0\le r_ar_b\le(n-1)^2이다. rarb\displaystyle r_ar_b를 n\displaystyle n으로 나눈 나머지를 s\displaystyle s라고 하자. 즉rarb=nt+s\displaystyle r_ar_b=nt+s, (t,s\displaystyle t,s는 정수, 0≤s≤n−1\displaystyle 0\le s\le n-1)이다. ①에서ab=n(nkl+rbk+ral)+rarb=n(nkl+rbk+ral+t)+s\displaystyle ab=n(nkl+r_bk+r_al)+r_ar_b=n(nkl+r_bk+r_al+t)+s이다. 이로부터 ab\displaystyle ab를 n\displaystyle n으로 나눈 나머지는 rarb\displaystyle r_ar_b를 n\displaystyle n으로 나눈 나머지인 s\displaystyle s이다. 따라서 [사실2]가 성립한다.

[논제 2]10\displaystyle 10을 3\displaystyle 3으로 나눈 나머지가 1\displaystyle 1이므로 [사실 2]를 이용하면, 임의의 자연수 k\displaystyle k에 대하여 10k\displaystyle 10^k를3\displaystyle 3으로 나눈 나머지는 항상 1\displaystyle 1이다. 다시 [사실 2]를 이용하면 임의의 자연수 k\displaystyle k에 대하여 ak10k\displaystyle a_k10^k를 3\displaystyle 3으로 나눈 나머지는 ak\displaystyle a_k를 3\displaystyle 3으로 나눈 나머지와 같다. 그러므로 [사실 1]에 의하여a=∑k=0mak10k\displaystyle a=\sum_{k=0}^ma_k10^k을 3\displaystyle 3으로 나눈 나머지는 ∑k=0mak\displaystyle \sum_{k=0}^ma_k를 3\displaystyle 3으로 나눈 나머지와 같다.

[논제 3]1=100\displaystyle 1=10^0을 7\displaystyle 7로 나눈 나머지는 1\displaystyle 1이다. 101\displaystyle 10^1을 7\displaystyle 7로 나눈 나머지는 3\displaystyle 3이므로, [사실 2]를 이용하면 임의의 자연수 k\displaystyle k에 대하여 10k\displaystyle 10^k을 7\displaystyle 7로 나눈 나머지는 3k\displaystyle 3^k을 7\displaystyle 7로 나눈 나머지와 같다. 따라서 100,101,102,103,104,105,106,107,108,109,1010\displaystyle 10^0,10^1,10^2,10^3,10^4,10^5,10^6,10^7,10^8,10^9,10^{10}을 7\displaystyle 7로 나눈 나머지들은 차례대로1,3,2,6,4,5,1,3,2,6,4\displaystyle 1,3,2,6,4,5,1,3,2,6,4이며, 이 결과와 [사실 1]과 [사실 2]로부터 37423476672\displaystyle 37423476672를 7\displaystyle 7로 나눈 나머지는(*) 2×1+7×3+6×2+6×6+7×4+4×5+3×1+2×3+4×2+7×6+3×4=190\displaystyle 2\times1+7\times3+6\times2+6\times6+7\times4+4\times5+3\times1+2\times3+4\times2+7\times6+3\times4=190을 7\displaystyle 7로 나눈 나머지와 같다.

이 방법을 반복해서 적용하면, 190\displaystyle 190을 7\displaystyle 7로 나눈 나머지는 0×1+9×3+1×2=29\displaystyle 0\times1+9\times3+1\times2=29를 7\displaystyle 7로 나눈 나머지와 같고, 이는 9×1+2×3=15\displaystyle 9\times1+2\times3=15를 7\displaystyle 7로 나눈 나머지와 같으며, 이는5×1+1×3=8\displaystyle 5\times1+1\times3=8을 7\displaystyle 7로 나눈 나머지와 같으므로, 구하는 답은 1\displaystyle 1이다 (190\displaystyle 190까지만 구하고 이를7\displaystyle 7로 나눈 나머지가 1\displaystyle 1이라고 쓰는 경우도 정답임)

[논제 4]a=37423476672\displaystyle a=37423476672이라고 하면 [논제 3]의 결과로부터 a=7k+1\displaystyle a=7k+1 (k\displaystyle k는 정수)이다.k\displaystyle k를 3\displaystyle 3으로 나눈 나머지를 r\displaystyle r (r=0,1,2\displaystyle r=0,1,2)이라고 하면 k=3l+r\displaystyle k=3l+r로 쓸 수 있으므로a=7k+1=21l+7r+1\displaystyle a=7k+1=21l+7r+1이다. [논제 2]에서의 방법을 반복 적용해 보면 a=37423476672\displaystyle a=37423476672를 3\displaystyle 3으로 나눈 나머지는 0\displaystyle 0이다. 그런데 r=0,1,2\displaystyle r=0,1,2 중에서 7r+1\displaystyle 7r+1을 3\displaystyle 3으로 나눈 나머지가 0\displaystyle 0인 경우는 r=2\displaystyle r=2인 경우이다.따라서 37423476672\displaystyle 37423476672을 21\displaystyle 21로 나눈 나머지는 7×2+1=15\displaystyle 7\times2+1=15이다.

채점결과

응시자배점평균점수00~10점11~20점21~30점31~40점
119명40점10.94점59명43명17명0명

첨삭 사례

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