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・11年10月

「コマ大数学科」に挑む・11年10月

最終更新日2011年11月25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。

「史上最強のリケジョ達 
コマ大数学ガールズコレクション
(10/5)」

紹介

前半戦
後半戦
非負整数 (10/19)
「メンサに挑戦 Part 2 」(10/26)

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


「史上最強のリケジョ達 コマ大数学ガールズコレクション (10/5) 紹介」

 最近、漫画や小説で取り上げられるリケジョと呼ばれる理系女子。コマ大で毎回難問に挑むリケジョ+マス北野が史上最強といわれるリケジョチームと対決することになった。リケジョチームは次の4人。 はっきり言って最強メンバーである。しかしコマ大メンバーも番組での経験があるため負けられない。今回は全4問を解いていった。その問題は…次へどうぞ。


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・11年10月


「史上最強のリケジョ達 コマ大数学ガールズコレクション (10/5) 前半戦」

それでは前半の2問をご紹介。

第1問:衛藤・伊藤ペアVS中島・葛西ペアの問題

 n!(nの階乗)の値の最後に0が15個並ぶ、最小の整数nを求めなさい。

第2問:木村・山田ペアVS菊川・黒田ペアの問題

 正三角形の土地を持っていた主人が妻と二人の息子に以下の遺言を残して他界した。

『長男は土地全体の2/3、次男と妻はそれぞれ土地全体の1/6をもらう。 ただし、いずれも同じ形に分けるものとする。』

正三角形の土地はどのように分ければよいでしょう。

 さっそく答えを出したのは第1問に挑む中島・葛西ペア。秒殺シスターズ衛藤・伊藤ペアを超える早さで答えを導いた。一方第2問に挑む2組はやや苦戦。正三角形を細かく区切っていくものの答えは見つからず。待っているコマ大メンバーも問題に挑んでいる。

第1問
中島・葛西ペア655の倍数を数えた
衛藤・伊藤ペア655の倍数を数えた
第2問
菊川・黒田ペア解答見つからず。
木村・山田ペア解答見つからず。

第1問…両者正解、第2問…両者不正解

2問とも同じ結果になる正に互角の戦いとなった。解説は以下の通り。

第1問:「値の最後に0が15個並ぶ」ということはその値は

p × 10^15 = p × 2^15 × 5^15

という形で書くことができる。つまり n! の値の最後に0が15個並ぶとき n! を素因数分解したときの5の指数は15以上でなければいけない。

n! を素因数分解したときの5の指数は

(n を 5 で割った商)+(n を 5^2 で割った商)+(n を 5^3 で割った商)+…

で計算できる。n = 64, 65 のとき上の式を使い計算すると

64 を 5 で割った商 = 12, 64 を 5^2 で割った商 = 2
65 を 5 で割った商 = 13, 65 を 5^2 で割った商 = 2

であるため、問題の条件を満たす整数 n は 65 である。
第2問:下の図の通り。緑が長男、赤と青が妻と二男の土地となる。


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「史上最強のリケジョ達 コマ大数学ガールズコレクション (10/5) 後半戦」

それでは後半の2問をご紹介。

第3問:杉山・瀬戸山ペアVS中島・葛西ペアの問題

 次の3つの図形 A, B, C の面積 Sa, Sb, Sc の大小関係を求めなさい。

第4問:マス・ポヌペアVS菊川・黒田ペアの問題

 以下の表の空欄に数字を入れ、縦、横、対角線に並ぶ3つの数字の積が同じになるとき、x に入る 数字を答えなさい。

 今回も早々と答えを出したのは中島・葛西ペア。杉山・瀬戸山ペアはやや遅れて解答。一方のマス・ポヌペアと菊川・黒田ペアは確実に答えを導き出した。

第3問
中島・葛西ペアSb < Sc = Sa
杉山・瀬戸山ペアSb < Sc = Sa
第4問
菊川・黒田ペア5122のべき乗の掛け算を考えた
マス・ポヌペア5122のべき乗の掛け算を考えた

第3問…両者正解、第4問…両者正解

この2問の解説は以下の通り。

第3問

以上から Sa = Sc が分かる。また π>1であるため Sa > Sb となり、3つの面積の大小関係は
Sb < Sc = Sa となる。
第4問

 表の3つの数字が 2 の累乗であることに注目する。3個の 2 の累乗 2^a, 2^b, 2^c の積は

2^a × 2^b × 2^c = 2^(a + b + c)

となる。問題の表のすべてに 2 の累乗を入れて縦、横、対角線に並ぶ3つの数字の積が同じになるとき 各数字の 2 の指数を考えると、縦、横、対角線に並ぶ3つの数字の和が同じになる。つまり指数は普通の魔方陣となる。そこで条件の数字の配置になる魔方陣を考えると以下の通りになる。

以上から x には 512 が入ることが分かる。ちなみにこのとき各列の数字の積は 2^15 = 32768 である。

 まったく同じ結果となった2組の対決。「解説がより詳しかった」という竹内・中村両先生の判断によりリケジョチームの勝利となった。今回からトロフィーが新しくなり、皮肉にも最初にトロフィーに刻まれる名はコマ大のメンバーではなかった。


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「非負整数 (10/19)」

今回は群馬大学で過去に入試問題で出題された問題が登場。

問題:
 4桁の整数の中で、その整数の上2桁と下2桁を足して2乗するとその整数自身になるものを求めなさい。

 たとえば「1234」という整数の場合、上2桁「12」と下二桁「34」を足して2乗すると

(12+34)^2 = 46^2 = 2116

となるため、1234とはならない。

 群馬のことは群馬の人に聞く(?)ということでコマ大チームは群馬のアンテナショップを訪れる。群馬の伝統的なかるた「上毛かるた」の札に0〜9を書き込み、4枚の札を取り条件を満たす4桁の数字を探し続けたが…

 これといった解き方が見つからなかったマス、そして東大生チーム。ともに一つ一つ探してみることに、一方コマ大チームはスタジオでもかるたをとり続けた。

コマ大チーム3025見事に答えを探した
東大生チーム2025、3025場合分けをして考えた。
マス北野3025、9801しらみつぶしに探した。

前回に続きポヌさんはお休み、マスは一人で厳しいが答えは着実に出していく。

正解…2025、3025、9801 全員正解!

この問題はある程度範囲を絞り込む必要があるがちょっとややこしい。

 4桁の整数の上2桁を x、下2桁を y と表すと、問題の条件は

(x + y)^2 = 100 x + y

となる。この式を展開して y でまとめると

y^2 + (2 x - 1) y + x^2 - 100 x = 0

となる。この式を y の2次方程式と見たとき、整数の解を持たなければいけないため、 この2次方程式の判別式は整数の2乗である必要がある。

判別式 = (2 x - 1)^2 - 4 (x^2 - 100 x)
    = 396 x + 1

この式が整数 n の2乗であるとき

396 x + 1 = n^2 ⇒ (n - 1)×(n + 1) = 396 x

 ここで n - 1, n + 1 は差が2の整数である。396 = 4 × 9 × 11 であるため、n - 1, n + 1 はともに偶数でなければいけない。
 さらに n - 1, n + 1 のどちらか一つは 9 の倍数、どちらか一つは 11 の倍数 出なければいけない。(どちらか一つが 99 の倍数である場合も含む)

 以上の条件を満たす n-1, n+1, x, y を探すと以下の通りになる。

n-1, n+1xy
88, 902025, -64
108, 1103025, -84
196, 198981, -196

y は 0 以上でなければいけないため、問題の条件を満たす (x, y) は

(x, y) = (20, 25), (30, 25), (98, 1)

の3組である。以上から4桁の整数は 2025, 3025, 9801 の3個である。

今回のコマ大フィールズ賞は「9801」を見つけたマス北野であった。


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「メンサに挑戦 Part 2 (10/26)」

 先日コマ大で取り上げられた高い知能指数を持つ者だけが入会できる「メンサ」。今回はメンサの入会試験に挑んだ。入会試験に挑んだのはコマ大で6年間鍛えられ続けた木村美紀さん。

 試験会場は至って普通のカフェ。しかし試験問題は20分で45問というハードな内容。木村さんは無事試験に合格できたのか?ちなみに芸能界でメンサに入っているのはロザン宇治原のみ(あの人何やってんだ…)

 今回は入会テストの模試形式でメンバーは問題に挑む。問題は5問、時間は10分間、どの問題から解き始めても良い。はたして何問解くことができるのか?

第1問:5組の家族が図のような距離で離れて暮らしています(黒字は2点間の距離、青字の数は家族の人数)
 5組の家族が一か所に集まるとき、移動距離の合計が最も短くなるのはどこの場所に集まるときでしょう?

第2問:トランプ52枚をランダムに並べて

ダイヤのA〜K,クラブのA〜K,ハートのA〜K,スペードのA〜K,

の順番に並ぶ確率は何回に1回でしょう。この回数より多いものを以下のア〜カの中から選びなさい。

ア.紀元前5万年以降の人類 (約1000億人) が全て100歳まで生きたとして、
  生涯に持った細胞ののべ個数
イ.全世界の金を集めて、ラスベガスのスロットマシン (1回 25セント) を   トライ出来る回数
ウ.宇宙にある全原子の総数
エ.全世界60億人の人間が、宇宙のはじめから現在まで1秒に1回ずつ
  トランプを並べ続けたとしたときの総回数
オ.オセロゲームの考えられる差し手の総数
カ.64枚からなるハノイの塔の最小移動手数

第3問:
 Aさんの家の北3kmのところにBさんの家があります。
 Cさんの家はDさんの家の西に5kmのところにあります。
 Eさんの家の南東方向にAさんの家が見えます。
 Dさんに家の窓からCさんの家の向こうにEさんの家があります。
 Aさんの家とDさんの家の間には山があり見えません。
 Bさんの家から北西方向にCさんの家が見えます。

 このとき、Cさんの家はEさんの家のどの方角に何kmのところにあるでしょう?
第4問:次の計算式の暗号を解き、できる2文字の漢字を下の5つの中から選びなさい。

3.5 + 17.3 + 3.7 + 11.3 + 2.6 + 41.1 =

1.天才 2.天気 3.青空 4.空腹 5.東大
第5問:下の5枚のカードと+、−、×、÷ の4つの記号を1回ずつ使い、答えが21となる計算式を使いなさい。
 ただし、カッコは使えません。またA=1,Q=12とする。

 マス、東大生チームは着実に問題を解く。コマ大チームも問題に挑む。そんななかトランプを取り出したお宮の松。2問目の確率を出すのか?

 正解の前に各組の正解数を発表。

コマ大チーム2問正解第1,4問を正解
マス北野1問正解第5問を正解
木村・山田ペア4問正解第1,3,4,5問を正解

すいすい問題を解いたマスであったが、正解を出したのは1問のみ。正解と解説は以下の通り。

第1問:が正解。単純に総移動距離を計算すればよい。

アに集まる:1×1 + 2×2 + 2×4 + 1×14 = 27
イに集まる:7×1 + 2×1 + 2×3 + 1×13 = 28
ウに集まる:7×2 + 1×1 + 2×2 + 1×12 = 31
エに集まる:7×4 + 1×3 + 2×2 + 1×10 = 45
オに集まる:7×14 + 1×13 + 2×12 + 2×10 = 155

実は、コマ大でこれと似た問題が出されたことがあります。詳しくは…ご自身でお調べください。私はそれを覚えていたのですぐ分かりました。
第2問:が正解。トランプの並びの確率は

1 / 52! ≒ 1 / 10^68

ア〜カの数をフェルミ推定で求めてみると

ア:全人類の細胞の数4 × 10^27
イ:スロットマシンをする回数4 × 10^19
ウ:宇宙の原子の数1 × 10^80
エ:人類がトランプを並べる回数3 × 10^27
オ:オセロの指し手1 × 10^60
カ:ハノイの塔の手数2 × 10^29

この中で 10^68 より大きい値はウのみ。私は勘で当てました
第3問:Cの家はEの家の東に3kmのところにある。
 条件を満たすA〜Eの家の位置関係を図にすると以下の通りになる。

この図からCの家はEの家の東側にあり、2つの家の距離はAとBの間の 距離と同じく3kmである。 (Dの家の位置は異なる場合もあるが解答には影響はない)
第4問:が正解。計算式の各小数を点の両端で掛け算をすると

3×517×33×711×32×641×1
155121331241

さらに各値の10の位を五十音の「あ、か、さ…」、1の位を「あ、い、う…」に充てると

155121331241

「おなか すいた」ということで4.空腹が当てはまる。これも竹内先生からのヒントでわかりました。
第5問:以下の計算式が正解。+、−の順序が異なるものもあるが、×、÷は以下の方法しかない。

分からなかった。ん〜〜もう少し時間があれば解けたかも…

 さて、木村さんのメンサ入会はどうなったか。「厳正なる審査を行った結果、残念ながらメンサの入会に必要な条件である上位 2% 以内には入っていませんでした。」という残念な結果に。メンサの入会テストは人生で3回できる。入会できるために気合を入れなおした木村さんでした。コマ大フィールズ賞は4問正解の東大生チームに。


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・11年10月