先日,3分計と5分計,2種類の砂時計から「7分」という時間を計測できるかということを考えました。これは,次のように解決できました。
3分計と5分計を同時にひっくり返して,3分計の砂が落ちきったところから時間を計り始めて,5分計が落ちきると,そこで「2分経過」。すぐに5分計をひっくり返して,5分計が落ちきると,「7分経過」ということになります。
これを式で表すと,
3×(-1)+5×2=7 ・・・①
これは,2元一次方程式の3χ+5y=7の整数解χ=-1,y=2を見つけたことになります。
ここで,いったん,砂時計の話からそれます。最後にまた砂時計の話に戻します。
3χ+5y=7にあてはまるような整数χ,yの値の組(つまり,二元一次方程式3χ+5y=7の整数解)は,その解が1つ見つかると,その解をもとにして,他の解は芋づる式に見つけることができます。これは,大学受験の勉強中に覚えたテクニカルな解法です。今でも覚えているのですから,当時はよほど印象深かったのでしょう。
3χ+5y=7 ・・・②とおきます。
②-①をつくります。
3χ+5y-{3×(-1)+5×2}=7-7
3χ+5y-3×(-1)-5×2=0
3{χ-(-1)}+5(y-2)=0
5(y-2)=-3(χ+1)
5(y-2)=3(-χ-1) ・・・③
③の右辺は3の倍数です。ということは,左辺の(y-2)が3の倍数でなければなりませんから,
y-2=3k (ここで,kは整数) ・・・④
と表すことができます。④からyを求めると,
∴ y=3k+2 ・・・⑤
次に,④を③に代入して,
5×3k=3(-χ-1)
5k=-χ-1
∴ χ=-5k-1 ・・・⑥
⑤,⑥より,二元一次方程式3χ+5y=7の整数解は,kを整数として次のように表せたことになります。
χ=-5k-1,y=3k+2 (ただし,kは整数)
kのところにいろいろな整数をあてはめていくと,好きなだけ整数解を得ることができるわけです。ここで,勝手に使った文字kを「パラメータ(媒介変数,助変数)」,こういう解の表し方を「パラメーター表示」と教わりました。
k=-1を代入すると,χ=4,y=-1が得られます。
実際,
3×4+5×(-1)=12+(-5)=7になります。
無理に3分計と5分計の砂時計の話に結びつけると,こうなります。
3分計と5分計を「よーい,ドン」で同時にひっくり返します。3分計の砂が落ちきったらすぐにひっくり返します。3分計は4回これを繰り返します。5分計の砂が落ちきったところから,時間を計り始めます。5分計はもうひっくり返す必要はありません。5分計が落ちきったところから3分計の4回目が落ちきったところまでが「7分」ということになるわけです。