数学とクイズでくつろいで数学の部屋「コマ大数学科」に挑む「コマ大数学科」に挑む・09年7月

「コマ大数学科」に挑む・09年7月

最終更新日2009年8月11日

フジテレビで深夜に放送されている「コマ大数学科」の問題に解く様子をご紹介します。数学をやってきたので簡単に解ける…と思ったものの…その奮闘振りをお楽しみに。なお、福岡での放送は二週間遅い模様です。そこら辺はご勘弁を。

「派閥(7/2)」
「ズバリ聞くわよ(7/9)」
「ソロバン(7/16)」
「原始ピタゴラス数(7/23)」

ご意見がありましたらtfujisaki2006@yahoo.co.jpまでお願いします。


「派閥(7/2)」

問題:5人の政治家がいて、いくつかの派閥があります。派閥とは1人以上の政治家が属する集団のことです。2つの派閥は、もしその両方に属する政治家と、どちらにも属さない政治家が共に存在すれば、かならず一方の派閥が他方の派閥を含むものとします。

 このとき派閥の個数の最大値を求めなさい。
(ただし、5人全員からなる集団も派閥であるとします)

 これは集合論の問題ですね。文章だと意味が分かりにくいので式を使って書き直してみました。

余計分かりにくくなったかな?

 コマ大の検証は芸能界の派閥を使って検証。「芸能界の派閥」といえばダチョウ倶楽部の上島竜兵率いる「竜兵会」というわけで上島竜兵さんに来ていただいて派閥について2時間近く話を聞いた。しかし全く意味なしの2時間だった。仕方なく例に挙げられた「上島竜兵」「出川哲郎」「勝俣州和」「今田耕司」「関根勤」の5人で派閥を作って問題を検証した。

 ここしばらく調子がいい、というか知っている問題が出されていた私だったが、今回の問題は始めて見た。上のように式で書いてもやっぱり分からず仕方なく図を使って書き直してみた。

右の図のように2つの派閥に両方に入っている政治家(黒丸) と両方に入っていない政治家がいる(左上の図)とき、 右上や左下のような派閥の関係はOKだが、右下のように政治家が いる関係の派閥は作れない。
(黒丸の政治家は2人以上い入る場合も含む)

これでどれだけ派閥を作れるかを考えると…


五人の政治家をA,B,C,D,Eとしたとき、五人それぞれが1人で作った一派閥ずつ、計5つの派閥と

{A,B}{A,B,C}{A,B,C,D}{A,B,C,D,E}

の4つの派閥。

これで9個…もう少し増やせるのかな??久しぶりに悩む私。解説の中村先生が「1人だけの派閥も入れることができます」 とヒントを出したがマス北野、東大生とも理解に苦しみ余計に悩んだ模様。一方私は時間終了間近に派閥の数を増やすことに気が付いた。


上の9つの派閥に

{D,E}{C,D,E}{B,C,D,E}

の3つの派閥を加えてもOK。

12個…これが正解のはずというところで時間終了。各組の答えは次の通り。

コマ大チーム35個様々な派閥を作った結果
東大生チーム9個私の解答の始めの9個の派閥を考えた。
マス北野15個よく分からないが
1+2+3+4+5=15と計算

 久しぶりに3組バラバラの答えになった。私は東大生チームの「9個」の答えを見たとき、残念だな、という気持ちと同時に思わずガッツポーズを取ってしまった。ちなみに5人で派閥を作っても最大31個しか出来ないからコマ大チームの答えは多すぎる。

正解…15個、マス北野正解!?

 まぐれで当たってしまったマス北野。驚く周囲の人々。あっけに取られた私。さあ、コマ大フィールズ賞はいかに。その前に解説です。まず作ることができる派閥の関係について。

2つの派閥について
・「両方の派閥に入る政治家」と「両方に入っていない政治家」がいる場合は上の説明から必ず一方の派閥がもう一方の派閥に入っている。

この条件が成り立たないときは次のような関係のとき

「両方の派閥に入る政治家」がいないとき
・「両方の派閥に入っていない政治家」がいないとき、つまり5人全員どちらかの派閥に入っているとき
これらの関係の派閥については何も制限がない。つまり2つの派閥の関係は上の3つの関係のいずれかであればよい。

 派閥の関係が分かりましたので、中村先生の言いたかった内容について。

ある派閥の集合が問題の条件を満たしているとき、そこに1人だけから成る派閥を加えても問題の条件を満たす。
 例えば政治家Aの1人だけの派閥{A}について
Aが入っていない派閥とは「共に入っている政治家がいない」関係
Aが入っている派閥とは「一方の派閥{A}が他方の派閥に入る」関係
となるため上で書いた3つの関係のいずれかになる。
同じようにして5人それぞれが1人だけの派閥を作って派閥の集合に加えても問題の条件は満たされる。
ある派閥の集合が問題の条件を満たしているとき、そこに5人全員から成る派閥を加えても問題の条件を満たす。
 例えば5人全員の派閥{A,B,C,D,E}について
他のどの派閥とも「一方の派閥が他方の派閥{A,B,C,D,E}に入る」関係となるため上で書いた3つの関係のいずれかになる。
ある派閥の集合が問題の条件を満たしているとき、そこにある4人から成る派閥を加えても問題の条件を満たす。
 例えば4人の派閥{A,B,C,D}について
Eが入ってない派閥とは「一方の派閥が他方の派閥{A,B,C,D}に入る」関係
Eが入っている派閥とは「5人全員がどちらかに入っている」関係
となるため上で書いた3つの関係のいずれかになる。4人から成る派閥は全部で5個作ることができる。
 以上より問題の派閥の最大数は

「条件を満たす2人または3人から成る派閥の最大数」+5+1+5

となる2人の派閥、3人の派閥で問題の条件を満たす関係を考えると次のようになる。

2人同士の派閥  → 「共に入っている政治家がいない」関係
3人同士の派閥  → 「共に入っている政治家が1人しかいない」関係
2人と3人の派閥 → 「共に入っている政治家がいない」または
           「3人の派閥が2人の派閥を含む」関係

この関係を満たす2人または3人から成る派閥の最大数は例えば

{A, B}, {C, D}, {A, B, E}, {C, D, E}

のような4つの派閥を作ることができる。

以上から問題の条件を満たす派閥の最大数は「4+5+1+5=15」と成る。

 今回のコマ大フィールズ賞はまぐれで当たったマス北野…ではなく正解まで一歩届かなかったものの理論で攻めた東大生チームに渡った。私は上の解説の中の「4人からなる派閥」の3つを入れ忘れていた。ん〜〜惜しい

私のガッツポーズをむなしく思ってしまった。

(解説で5人でない場合について、問題の条件を満たす派閥の最大数は「4×人数−5」と書かれていました。このことについては機会があれば書いていきます)


「ズバリ聞くわよ(7/9)」

 3週間ぶりの登場となったコマ大チームダンカン部長。しかしオープニングは「ヤバイ本」ということでマス北野ことビートたけしの新著「漫才」のお話から始まった。しかし東大生衛藤さんの「馬が好き」の一言でよりヤバイ展開に??今回のコマ大は大丈夫か?

問題:ある数を当てるゲームをします。しかし

「その数はいくつですか?」
「その数から5を引くといくつになりますか?」

などのように、直接答えを聞き出す(解答からある数を導き出せる)質問をしてはいけません。
 なるべく少ない回数で、どんな数でも当てられる質問を考えなさい。

 コマ大チームの挑戦は質問をして答えを導くためには相手の心理を突く質問をしなければいけない。ということで放送作家の植竹公和さんを迎えインタビュー(質問)のレクチャーを受けた。例として無法松にいくつかの質問をぶつける植竹さん。ここで 相手から答えを導き出すはずが無法松の本性が暴かれる羽目に

ま、知ったところで何の得もないんですが

レクチャーの後、各自心理学や口説き方の本を読み答えをいち早く導く方法を模索する。そのとき無法松が謎のスプーンを取り出した。それを目に当てて見えない状態にして記号の書かれたカードを見せるとそのカードの記号を見事に当てた。これは久しぶりのコマ大チームの大健闘か…

 実は先週の最後に「次回は『マス北野のズバリ聞くわよ!』」と書かれていたので、ひょっとしたら視聴者の質問に答えるという特別企画かと思っていた。問題をよく見て思いついた質問がこちら

「その数は何桁ですか?」 相手は桁数を答える(例えば4桁と答える)
4桁のとき√10^4=100という計算する。
「その数を100で割った商はいくつですか?」 相手は商を答える(例えば32)
「その数を100で割った余りはいくつですか?」 相手は余りを答える(例えば9)
これから相手の考えた数は32×100+9=3209で あることが分かる。
例えば相手が「3桁」と答えたときは√10^3に近い整数
(たとえば31)で割った商と余りを答えさせる。

 私は上の『3回』の質問が最小回数だと思ったが始めの桁数を答えてもらう必要はなくて、普通に100で割った商と余りを答えてもらえば良いのではないかと考えた。 ということは最小回数は『2回』…それにしては簡単な問題のような気がする。

 今回は質問を考えたら竹内先生の所に行き実際に数当てをするという形式(他のチームにはこのやり取りは聞こえない)一番手で来たのはマス北野。ここで『2回』の質問で答えを導くことができた。あ、それでいいんだ 正直少々拍子抜けしてしまった。そのあと東大生チームも『2回』の質問で終了。
 そして大健闘が期待されるコマ大チーム。あのスプーンを持って無法松が竹内先生のところへ。ここでこのスプーンがマジックミラーとなって内側から透けて見えることが発覚。コマ大チームはやっぱりコマ大チームであった。

 とにもかくにも3組とも答えが出揃った模様。

コマ大チーム
「その数の桁数いくつですか?」
「その数奇数ですが偶数ですか?」
「その数は5以上ですか?」
「その数は素数ですか?」
という4回の質問
東大生チーム
「その数を10で割った商はいくつですか?」
「その数を10で割った余りはいくつですか?」
という2回の質問
マス北野
「その数の桁数はいくつですか?」
「その数を10^n−1で割った答えはいくつですか?」
(nは始めの質問の桁数)
という2回の質問。マス北野はもう一つ
「その数の桁数はいくつですか?」
「その数を10^nで割った余りはいくつですか?」

という質問も考えていた。

コマ大チーム、無法松のインチキがあったが普通の質問だったので驚いた。しかし上の4回の質問では答えを定められないことに気が付いた。

正解…2回、マス北野、東大生チーム正解!

 今回の問題で竹内先生が準備していた正解の質問は

「その数の桁数はいくつですか?」
「その数を10^nで割った余りはいくつですか?」
(nは始めの質問の桁数)

というものであった。今回の問題のポイントは各質問だけでは答えが一つに特定できないが、組み合わせると一つに特定できる、という点である。例えば竹内先生の質問の場合

例えば当てる数が「137」の場合
「その数の桁数はいくつですか?」…「3桁」と答える。

 しかしこの質問だけでは「その数」は100〜999のいずれかという ことは分かるが特定はできない。

「その数を10^3=1000で割った余りはいくつですか?」…「137」と答える。

 しかしこの質問だけでは「その数」は下3桁が137であることは分かるが 特定はできない。

上の2つの質問に共通して当てはまるのは「137」だけ、と特定できる。

 マス北野の解答もほぼ同じである。しかし東大生チームの解答を考えていなかったのはちょっとケアレスミスかな?と思った。普通はこっちを先に考え付くはずだから…

 今回は微妙な判定だったが久しぶりにマス北野にコマ大フィールズ賞が渡った。今回私はじっくり考える前に「2回」という答えが出てしまったので見るだけになりました。

私の勇姿は次回、ということで


数学とクイズでくつろいで数学の部屋「コマ大数学科」に挑む「コマ大数学科」に挑む・09年7月


「ソロバン(7/16)」

 数学がメインのコマ大にやっとで登場した「ソロバン」いまでは計算機に任せてしまっているためか、出演者も小学生の時からあまり使った記憶がないようです。ちなみに私は今でも使っています。

問題:ソロバンで1から138までの数を足していったとき、 1の位の一番下の玉(図の赤い玉)は何回動くでしょうか。
(上または下に移動することを1回動くとします)

だから〜〜困るよな〜〜

知ってる問題を出されては

 ソロバンの使い方を覚えていない人のために簡単にソロバンの計算を紹介してコマ大チームの検証へ。今回はソロバンの老舗「トモエそろばん」さんへ伺った。まずそろばん博物館へ行ったコマ大チーム。長さ2メートルものソロバンや「あなたのお名前何ていうの」のフレーズでおなじみトニー谷さん(知らない人多いかな…)が実際に使っていたソロバンなどが展示されていた。

 一通り展示品を見たところで本題へ…しかしソロバンの計算の仕方を覚えていないコマ大チーム。まずはソロバンの達人、全国珠算教育連盟の浅井さんの指導のもと計算を 始めた。ここで苦戦したのは親分のためにハジく(このことについてはあまり触れないで下さい??)バンビーノ小林。浅井さんのあつい指導でどうにか計算を続けていく。今回は久しぶりのコマ大らしいコツコツとした検証となった。そしてどうにか答えが出た。

答え…9591

…いや…問題は足し算の答えじゃなくて「1の位の一番下の玉が何回動いたか」ということ。仕方ないのでスタジオで再度計算をしながら答えを弾き出すことに。

 では今回の問題、早速解説をしていきます。

まず一番最初に問題の玉が動くのがいくつの数を足したときかを考えます。 一番下の玉が動くということは一の位が4か9になるとき。1 から N まで足した ときの和は N (N+1)/2 となるため

 N (N+1)/2 の一の位が 4 または 9
⇒4*2 = 8, 9*2 = 18 より N (N+1) の一の位は 8

N が 0 から 9 のうち N (N+1) の一の位が 8 になる数はどれか、計算すると

N012 34
N(N+1)0(0+1)=0 1(1+1)=22(2+1)=6 3(3+1)=124(4+1)=20
N56 789
N(N+1)5(5+1)=30 6(6+1)=427(7+1)=56 8(8+1)=729(9+1)=90

と N がどの値でも一の位が 8 になることはない。つまりどんなにこの計算を続けても一の位の一番下の玉は動くことはない。よって答えは0回

 このことを人に話したら「じゃあ、一の位の一番下の玉は要らないんじゃないの」という半可通なジョークもあります。

 さて、問題に挑む3組。3組とも答えは出したものの、1回も玉が動かないという謎の現象にやや疑問を持っている様子。各組の答えは次の通りになりました。

コマ大チーム0回検証の結果。小林と無法松は
「計算せず」ということで0回??
東大生チーム0回1からの和の一の位が周期的であることから計算。
マス北野1回考え方は他の2組と同じ。しかし
「ご破算」で1回玉を動かす時を回数に数えた。

マス北野はやや歯向かった答えを出した。でも何回もソロバンを動かしたら10回も20回も玉は動きますよね…

正解…0回、コマ大チーム、東大生正解!

 解説では実際に計算をしながら玉の動きを見てみた。

N12 3456 78910
1+2+...+N1 3610 152128 3645 55
N1112 13141516 17181920
1+2+...+N 667891 105120136 153171190 210

一の位を見ると4や9が出てこない。これ以降計算を続けると一の位はこの順番の繰り返しである。このため一の位の一番下の玉は動くことはない。ちなみに問題の「138」はコマ大の放送回数で138でなく、1万でも1億でも同じような計算を続けても一の位の一番下の玉は動くことはない。検証で登場した浅井さんに計算をしていただいて、実際に一の位の一番下の玉が動かないことを証明した。計算では動かないことは分かっているが実際に動かないことを見せ付けられるとやっぱり凄い。

 今回はマス北野の抗議というか「いちゃもん」も受け入れてもらえず、東大生チームにコマ大フィールズ賞が渡った。いいじゃないですか、答えは出せたんですから


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「原始ピタゴラス数(7/23)」

 今回の東大生チームは木村・山田ペア。この番組ですっかりお馴染みになった山田さんが所属するテニスサークル「トマト」のメンバーがスタジオ見学に来ていた。しかし1人だけスタジオのある「青海(おうみ)」ではなく「青梅(おうめ)」に行ってしまった、とのこと。このテニスサークルは本当に大丈夫なのか…でも、「青海」と「青梅」字も語感も似ているから間違えやすいよな。

問題:3辺の長さが整数の直角三角形があります。3辺のうち2つの辺の長さが素数であり、直角三角形の長さが132のとき、3辺のそれぞれの長さを求めなさい。

 今回のテーマ「原始ピタゴラス数」について竹内先生は「ピタゴラス数の大元となる」と説明していましたがもう少し説明を加えます。

 「ピタゴラス数」とは直角三角形の3辺の長さになる3つの整数の組のこと。例えば(3,4,5)や(5,12,13)や(9,12,15)などがある。しかし(9,12,15)は(3,4,5)の3つの数を3倍したものである。直角三角形で考えると2つの三角形は相似になります。これに対して(3,4,5)や(5,12,13)のようにピタゴラス数の3つの数字に1より大きい公約数が無い物を「原始ピタゴラス数」と呼びます。今回の問題を解くには何のヒントにもなりませんが参考までに…

 コマ大チームの検証は久しぶりの屋外での検証。132mのロープを使い問題の直角三角形になるようにロープを張っていく。素数が何なのかよく分かっていない無法松が海岸線に沿って行ったり来たり。時に海につかりながら検証を続けた結果、どうにか答えを出した模様。それにしても5月の海はまだ冷たかったようである。

 さて、今回の問題、正攻法で行くか、ひらめきで行くか考えたが、やっぱり私は正攻法で答えを出すことにした。

もう少し計算は続きます。

おそらくこの解き方は入試の模範解答のような解き方かもしれない。他に解き方があるかと考えているが思いつかない。

 今回いきなりひらめきが来たのは「閃きの天才」マス北野であった。計算開始まもなく答えを導いた。一方意外と苦戦していたのが東大生チーム。何故か見学に来た「トマト」のメンバーも計算をしていたが、答えが出てこない。久しぶりにマス北野の快勝なるか。苦し紛れに「ヒントをください」という木村さんの声。それに対して竹内先生「素数じゃない辺の長さは??です」という半分正解に近いヒントを出した(「??」は番組では消されていたがおそらく「60」と答えていたと思われる)これを聞いて東大生やっとで答えを出した。これで出せなかったらどうなるんでしょうかね。答えは次の通りになりました。

コマ大チーム(11,60,61)検証の結果
東大生チーム素数を並べて答えを出そうとしたが
苦戦。最後のヒントで解けた。
マス北野132の約数11。その2乗121
から考えた。

正解…もちろん(11,60,61)、全員正解

 解説ではピタゴラス数を作る公式を元に答えを出した。

 マス北野が話していた「奇数を足していくと平方数ができる」という方法から考えると、

今回は久しぶりの「秒殺」でマス北野にコマ大フィールズ賞が渡った。以前コマ大のDVDや本の中で「マス北野はひらめきが凄いから、図形問題に強い」と話していたが、私は今回の問題のような整数問題に強いと考えている。60才を過ぎても数学に対する意欲が消えないマス北野に脱帽である。ちなみにこの番組のディレクターには脱毛である。


数学とクイズでくつろいで数学の部屋「コマ大数学科」に挑む「コマ大数学科」に挑む・09年7月