「コマ大数学科」に挑む・12年3月
最終更新日2012年5月5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。| ディリクレの定理 (3/7) |
| 視聴者からの挑戦 Part 2 (3/14) |
| 50年前の東大入試 (3/21) |
| 卒業試験 Part 3 (3/28) |
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「ディリクレの定理 (3/7)」
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問題: 座標平面上でx座標とy座標がともに整数である点を格子点と呼ぶ。5個の異なる格子点を選んだ時、 そのうち2点は必ず「中点がまた格子点となる」ことを証明しなさい。
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コマ大では珍しい証明問題。マスは少し苦手かな、と思っていたがすいすいペンが進む。東大生と共に解答を済ませた。
| コマ大チーム | 何回も検証をしたが、必ず問題の条件を満たす 2点がある、と報告。 |
| 東大生チーム マス・ポヌペア | x座標とy座標の偶奇が同じである2点が ある。その2点の中点は格子点である。 |
判定は…2組とも正解!
もちろん、問題の条件は常に成り立つため、コマ大チームはいつでも条件を満たす2点を探し出すことができる。証明は以下の通りである。
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2個の格子点を (x1, y1), (x2, y2) とする。この2点の中点が格子点になる条件を考える。
(x1 + x2)/2, (y1 + y2)/2 がともに整数。
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問題の5個の点について、x座標、y座標がそれぞれ偶数か奇数であるかということについて
場合分けを行うと次のいずれかになる。
この2点は上で考えた
x1 と x2 は「ともに偶数」または「ともに奇数」
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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・12年3月
「視聴者からの挑戦状 Part 2 (3/14)」
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以下の6個のサイズの直方体がそれぞれ6個ずつある。
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マスも東大生も図を描いて考えていく前に計算をして答えのめどを付けた。あとは実際に答えのサイズの箱に直方体が入るかを考える。解答は以下の通り
| コマ大チーム | 6×7×13 | 実際に氷の直方体を披露 |
| マス・ポヌペア | 6×7×13 | 体積の合計を素因数分解 して計算。 |
| 東大生チーム | 6×7×13 | 体積の合計を素因数分解 して計算。 |
正解…6×7×13 全員正解!
見事に正解の直方体を作ったコマ大チームに竹内先生もビックリ。それでは解説です。
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一般に1×1×1 〜 n×n×1 の直方体の一個ずつの体積の和は
1^2 + 2^2 + … + n^2 = n (n + 1) (2 n + 1) / 6 問題では n=6 の場合であるため、一個ずつの体積の和は6 × 7 × 13 / 6 = 91 よって直方体が6個ずつあるときの体積の和は 91 × 6 = 546.体積が 546 となる直方体でサイズが最も小さいものを探す。
546 = 2 × 3 × 91 寸法の和:96 よってサイズが最も小さい直方体は 6 × 7 × 13 である。 |
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では実際に 6 × 7 × 13 の直方体の中に問題の直方体を入れることができるのでしょうか? 番組では1×1×1 〜 6×6×1 の直方体一個ずつをピラミッド状に積み、同じもの6個で 直方体を作ったが、ここでは別の方法で直方体に入れる方法を考えます。
囲まれた中の直方体は横5、奥行き6、高さ11になる。今度は上下前後を5×5×1の直方体6個で取り囲むように並べることができる。 このように周りを取り囲むように直方体6個を並べていくと最後に横1、奥行き2、高さ3の直方体が残る。この直方体は1×1×1の立方体6個で並べることができる。 |
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「50年前の東大入試 (3/21)」
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問題: 半径1/2mの円周を6等分する各点を中心とする半径1/2mの円を描きます。このとき外周に囲まれる部分の面積を求めなさい。
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東大生チーム木村・杉山ペアから出た言葉は「中学生でも解ける問題だよ」簡単に計算をして答えが出たため、何か裏があるのではといぶかる2人。対照的にマス・ポヌペアは黙々と計算を進める。
| コマ大チーム | 2.8 �� | 外周のひもを正方形と円の形にして、 2つの面積の中間をとった |
| マス・ポヌペア | π/2+3√3/4 | 問題の形を2種類の形に分割して計算 |
| 東大生チーム | π/2+3√3/4 | 問題の形を2種類の形に分割して計算 |
正解…π/2+3√3/4 マス・ポヌペア、東大生チーム正解!
「東大入試は意外と易しい問題が多い」と中村先生の一言。では解説です。
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「卒業試験 Part 3 (3/28)」
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問題: 3で割ると2余り、5で割ると3余り、11で割ると9余る このような1000以下の整数で最も大きいものを求めなさい。 |
| マスチーム | 888(左から木村・ポヌ・マスが解答) |
| 東大生チーム | 838(左から衛藤・伊藤・山田が解答) |
正解…878 両チームとも不正解!
簡単に解説です。
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正解の整数をnとする。このときn+2という整数は以下の性質を持つ。
nを3で割ると2余る ⇒ n+2を3で割ると1余る
2,3番目の条件からn+2は55の倍数であることが分かる。55の倍数で3で割ると
53と同じく問題の条件を満たす整数は53以外に3×5×11=165の倍数を加えた 53、218、383、548、713、878、1043… となるため、1000以下で最も大きい整数は878である。 |
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問題: 階段を一歩で1段または2段上がっていきます。ただし、 連続して2段上がることはしません。 この条件で15段昇る方法は何通りあるでしょうか? |
| マスチーム | 277(左から木村・ポヌ・マスが解答) |
| 東大生チーム | 277(左から衛藤・伊藤・山田が解答) |
正解…277 両チームとも正解!
この問題ではフィボナッチ数列のようにすんなりとは解けないとのこと。
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条件を満たす階段の昇り方について、一歩で2段上がる歩き方が何歩あるかで場合分けをする。
2段上がる歩き方が0歩のとき:この時はすべて一歩で1段ずつ上がる 2段上がる歩き方が1歩のとき:この時は13歩が1段上がる歩き方である。この13歩と2段上がる1歩の並べ方は 2+1+…+1、1+2+…+1、……、1+1+…+2
という方法がある。 2段上がる歩き方が2歩のとき:この時は11歩が1段上がる歩き方である。この11歩と2段上がる2歩の並べ方で後者の2歩が連続しないものは
2+1+2+1+…+1、2+1+1+2+…+1、……
という方法がある。これらは11個の「1」の間10か所と両端2か所の合計12か所のうち2か所に「2」を入れた並べ方と同じと見ることができる。
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この考え方を応用すると
2段上がる歩き方がn歩のとき:(15−2n)歩が1段上がる歩き方である。これらの歩き方の並びで連続して2段上がらないものは(15−2n)個の「1」の間(14−2n)か所と両端2か所の合計(16−2n)か所のうちnか所に「2」を入れた並べ方と同じと見ることができる。 となる。
n=3 ⇒ (16-2*3) C 3 = 120通り nが6以上のとき、16-2n ≦ n となるため、条件を満たす並べ方ができない。以上から問題の条件を満たす並べ方は 1+14+66+120+70+6=277通り |
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