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・13年8月

「コマ大数学科」に挑む・13年8月

最終更新日2013年9月29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。

必勝法 Part 10 (7/19)
配置ーズ (8/9)
力学(8/16)
ハミルトン閉路(8/23)
辞書学(8/30)

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


「必勝法 Part 10 (8/2)」

 前々回の「英語で数学」シリーズと同じくおなじみの「必勝法」シリーズ。放送7回目に Part 1 が登場しました。コマ大も長いですね。

 問題:
図のような9個のピースを2人が交互に円の上に並べていき、3枚目で円を完成させたら勝ち、というゲームをする。
 このゲームを有利に進める作戦を求めなさい。

自由なようで自由でないゲーム。しかも「有利に進める作戦」ってどういうこと?

 コマ大が始まってからずーっと定位置(低位置?)でおなじみのコマ大チーム。今回は「丸い」食べ物をゲットするために「丸」の内にやってきた。丸い食べ物としてピザやケーキが登場。しかし、食べるためには問題のゲームに勝たなければならない。必死に作戦を練るが努力は実らず2連敗。最後に吉田プロデューサと対決して勝ったものの、いただけた食べ物は夏みかん1個。で、必勝法は見つかったの?

 必勝法といえばマス北野。マス北野といえば必勝法(?)というほど「必勝法」シリーズに強いマス北野。今回もひらめいた模様。円を使った問題なのに、紙にマス目を書き始めた。木村さんとしばし話したあと竹内先生のところへ向かう。実際にゲームをして自分の考えに確信を持った。一方東大生チームも実際にゲームをしながら解答を導き出す。東大生はマスの閃きに勝つのか?

コマ大チーム先手が「5」を選ぶ検証の結果
明大チーム先手が「5」を選ぶ魔方陣を作り、1列を作るように
数字を選んでいく。
東大生チーム後手で「5」を選ぶ後手になって「5」を選べば
うまくいく…みたい。

 私も何となく「先手5」で勝てるのでは、と思っていたがそれ以降の手が思いつかず。そんな中、マスがこの問題から魔方陣を思いついた。あのマス目は魔方陣を作っていたのですね。はたしてこのひらめきは正しかったのか?

正解…明大チームの解答が正解!

マスのひらめきが見事に的中。では詳しい解説です。

 問題の9個のピースで円を作ることができる組み合わせは以下の8通り。

「9,5,1」「9,4,2」「8,6,1」「8,5,2」
「8,4,3」「7,6,2」「7,5,3」「6,5,4」

   これらはすべて3×3の魔方陣の1列の数字に入ることができる。

つまり、3枚目で 円を完成させるためには、この魔方陣の1列を取るように数字を選べばよい。
 そこで先手がこの魔方陣の中央にある「5」を選べば、まず引き分けに持ち込むことができ、 負けることはない。

 ただ、引き分けに持ち込むのは面白くない。そこで、いくつかの場合にはうまく手を選べば 勝ちに持ち込むことができる。

後手が5より大きい数を選んだ時、
  • 後手「6」のときは、先手は「1」を選ぶ。
  • 後手「6」以外のときは、先手は「1」または「2」を選ぶ。
このあと、後手は先手が1列を作らないようにしなければいけないが、その数を選ぶと 必ず後手は「15」以上になる。そのため後手は他の数字を選ばなければならない。
 そのあと、先手は1列を作る残り1個の数字を選んで勝ちになる。

 私も先手「5」で負けはしないとは思っていたが、魔方陣は思いつかなかったなあ。これぞ「閃きの天才」マスと木村さんの明大チームがコマ大フィールズ賞を取った。


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「配置ーズ (8/9)」

 写真を撮るときは並ぶ順番も大事?今回はそんな問題。

 問題:
 男性3人、女性3人の計6人で写真を撮る。6人は背の高さの順番が男性と女性が交互になっている。
 6人が横1列で写真を撮ったとき、それぞれの女性の左に必ずその女性より背の高い男性がいる確率を求めなさい(女性と女性より背の高い男性の間は離れていてもよい)

 コマ大チームの検証は実際に写真を撮りながら検証を行う。なんと今回は美女3人が参加。コマ大チームの3人と女性3人がランダムに並んで写真を撮っていく…というものの当の本人たちは今回の問題の内容は知らされていない。
 そんなことは関係ない!美女3人と楽しく過ごしたい!というコマ大チームは年甲斐もなく(?)はしゃぎまくる。いつしか心惹かれあう二人が…と行きたいところですが、そこはお約束の「ごめんなさい」ひと夏の恋は過ぎていった…って、なんなんだ今回の検証は?

 確率といえばマス…の苦手分野。しかし、木村さんがフォローをしていく。一方の東大生チームは場合分けをしてしっかりと条件に合う並びを数えていく。いち早く答えを書いたのはマス北野。しかし、答えを書き直して計算を確認している間に東大生も解答。

コマ大チーム4/2627枚の写真のうち1枚が失敗。
残りの26枚中4枚が条件を満たす。
明大チーム5/16女性が並ぶことができる場所を調べた。
東大生チーム7/24一番背の高い女性の位置で
場合分けをして調べた。

答えが二転三転した明大チームと着実に答えを出した東大生チーム。答えが別れた。果たして正解はあるのか?

正解…5/16 明大チーム正解!!

見事正解の明大チーム。説明についても中村先生が「そのまま」と一言。ではその説明を。

 6人を背の高い順から「男1女1男2女2男3女3」と表すことにする。

 男1女1の並び方は2通りあるが、条件を満たす並び方は「男1女1」の1通りしかない。つまり確率1/2で条件を満たす。

 次に先ほどの2人に男2がどこに入るかを考えると「左端」「2人の間」「右端」の3通りある。しかしいずれも問題の条件を崩すことはない。つまり

男2男1女1  男1男2女1  男1女1男2 

のいずれの並び方でも条件を満たす。

このあと女2がどの位置に並ぶことができるかを考える。今回は「左端」「左から2番目」「右から2番目」「右端」の4通りの位置がある。しかし上の3通りのいずれの場合も女2は「左端」以外であればどの位置に並んでも条件を満たす。
 例えば、最初の3人が男1男2女1と並んでいるとき

男1女2男2女1  男1男2女2女1  男1男2女1女2 

のいずれの並び方でも条件を満たす。つまり、男2女2の並び方は確率3/4で条件を満たす。

同様の考え方で、男3女3が加わる並び方を考える。
 男3が並ぶ位置は5通りあるが、いずれでも条件を満たす。
 女3が並ぶ位置は6通りあるが、左端以外であればどの位置で並んでも条件を満たす。

つまり、男3女3の並び方は確率5/6で条件を満たす。

 以上から、問題の条件を満たす並び方になる確率は1/2×3/4×5/6=5/16となる。

今回の問題について私は問題の出典を知っていたためすぐに答えを出しました…が、約分することを忘れていました。計算もばっちり、約分もばっちりだった明大チームがコマ大フィールズ賞をゲットでした。


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「力学 (8/16)」

 以前、ドミノを使った「剛体の力学」で物理の問題が出された。今回はその続編ということで綱引きを使った「力学」の問題。

問題:A,B2チームが綱引きを行う。Aは背の高い順に並び、Bは背の低い順に並ぶ。この状態で綱引きをした時、どちらが勝つでしょう。ただし、2チームの体重の合計は同じものとする。

前回のドミノと同様に様々な問題に明大チームと東大生チームが解答。コマ大チームは実際に綱引きをして解答をする。今回のコマ大チームの検証には助っ人として4人の女性が参加…と思ったら、4人のうち3人は前回の「配置ーズ」でデートをした女性3人(あと一人はスタッフの方)何ともぎこちない雰囲気をかもしながらチーム分け、そして綱引き対決。ダンカン部長率いるAチームとアタル率いるBチームの対決の結果はいかに。

明大チームA:背の高い順引く力が下にかかるため
東大生チームB:背の低い順力のモーメントを考えた結果
コマ大チームA:背の高い順検証の結果

コマ大チームは前回のデートをすっかり忘れて真剣勝負。少しずつ引っ張っていったAチームが勝った。私は後ろが安定しているBが有利と考えた。

正解…A:背の高い順

背の高い順に並ぶと引っ張る力が下向きになる。逆に背の低い順では引っ張る力が上向きになる。下向きの力がかかりやすいため、背の高い順が有利になる。続いてこんな対決。

問題:A,B2チームが綱引きを行う。Aは綱の前の位置に並び、Bは綱の後ろの位置に並ぶ。この状態で綱引きをした時、どちらが勝つでしょう。ただし、2チームの体重の合計は同じものとする。

各組の解答は以下の通りとなった。

明大チームB:綱の後ろの位置2チームの中心がBに近いため
東大生チームB:綱の後ろの位置力のモーメントを考えた結果
コマ大チームA:綱の前の位置検証の結果

私はバットの真心と同じように綱の中央に近いAが力が入れやすいと思った。

正解…力学的には同じ(引き分け)

力の向きが平行で、力の大きさが同じであれば釣り合うため、とのこと。しかし検証では心理的にAチームの力が強かったのでは?とのこと。検証を見た感じではBチームが左右に振られて力が入れにくかったのでは、と思った。それはさておき、綱引き対決はまだ続きます。

問題:A,B2チームが綱引きを行う。Aは綱の中央に集まり、Bは均等に分かれて並ぶ。この状態で綱引きをした時、どちらが勝つでしょう。ただし、2チームの体重の合計は同じものとする。

各組の解答は以下の通りとなった。

明大チームB:均等に分かれて摩擦が分散されるため
東大生チーム引き分け力が同じになるため
コマ大チームB:均等に分かれて検証の結果

 ここで東大生チームは引き分け(つまり、力が均等である)と考えた。コマ大チームはこれまで2連勝したAチームに負けじとBチームが勝った。果たして検証結果は正しかったのか?私は力が集中しやすいAが強いと考えた。

正解…B:均等に分かれて並ぶ

中央に集まると後ろに倒れにくくなるため、力が弱まる、とのこと。確かに検証ではAチームはやりにくそうだった。4問目はこんな対決。

問題:A,B2チームが綱引きを行う。Aは綱の片側に立ち、Bは綱の両側に立つ。この状態で綱引きをした時、どちらが勝つでしょう。ただし、2チームの体重の合計は同じものとする。

各組の解答は以下の通りとなった。

明大チームB:両側に立つ長期戦になると強いかも?
東大生チームA:片側に立つ力の方向が分散しないため
コマ大チームB:両側に立つ検証の結果

私もBの両側に立つほうが力が釣り合って有利ではないかと考えた。

正解…B:綱の両側に立つ

綱の片側に立つと、その方向に力がかかりやすくなり、相手を引っ張る力が弱くなる。一方両側に立つと、綱の上に力が集まり、相手を引っ張る力が強くなる。

 さて、ここまでの4回の対戦で2対2と拮抗している検証の2チーム。最後の対戦として、各チームがこれまで行った配置で最強と思われる配置で挑んだ。その対決はこちら。

問題:A,B2チームが綱引きを行う。Aは綱の前に集まり、Bは綱の両側、しかも均等に並ぶ。この状態で綱引きをした時、どちらが勝つでしょう。ただし、2チームの体重の合計は同じものとする。

各組の解答は以下の通りとなった。

明大チームB:両側、均等にならぶバランスが良いため
東大生チームB:両側、均等にならぶAの態勢のときは
偶然勝ったため
コマ大チームA:中央に集まる検証の結果

 これまでの解説を聞いたらどう考えてもBが勝つと思った。しかし、最後の対戦でBチームの一人が尻もち。その隙にAチームが力を合わせて綱引きを制した。

正解…B:両側、均等に立つ

理論上はBが強い。しかし、検証は「根性の勝利では?」と竹内先生。前回のデートをすっかり忘れて検証も終了。この5問で明大チームは4問、東大生チームは1問。コマ大チームは3問。というわけでコマ大「ノーベル賞」は圧倒的な強さの明大チーム。ちなみに私は2問でした。


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「ハミルトン閉路 (8/23)」

 「ハミルトン閉路」とはすべての点を一回ずつ通って、スタートの点に戻る道のこと。一筆書きの仲間である。今回の問題はそれに似たような問題。

 問題:
隣り合う2個の数字の和が常に平方数になるように、1から15の数字を並べなさい。

 何ともシンプルな問題である。先日披露宴を済ませた大神本舗も乱入したコマ大チーム。検証はシンプルに数字を並べていく。もし、一回で並べることができたら、何と登別温泉の宿泊券!しかし、世の中そう甘くはない。一回目を失敗したコマ大が2回目に挑戦。2回目に並べることができたら、草津温泉の宿泊券!でもやっぱり甘くはない。2回目も失敗。そんなこんなの試行錯誤でついに15回目に並べ切ることができた。果たして正解なのか?

 問題開始、と共に一気に答えを出したのは明大チームの木村さん。何やら作戦を考えていた模様。東大生チームも遅れるものの、しっかりと正解を導いた。

コマ大チーム9,7,2,14,11,5,4,12,13,3,6,10,15,1,8検証の結果
明大チーム和が平方数になる数字同士を
線で結んで考えた
東大生チーム和が平方数になる数字の
組み合わせを考えた

見事に全員が同じ答え。今回の問題は簡単だったのかな?

正解 … 9,7,2,14,11,5,4,12,13,3,6,10,15,1,8 全員正解!

 東大生チームは和が平方数になる数字の組み合わせを書き並べて考えたが、明大チーム木村さんが一気に答えを出す方法を使っていた。

 2つの数字の和で最小は 1+2 = 3, 最大は 14+15 = 29 であるため、和になる可能性のある平方数は 4, 9, 16, 25 の4個。それぞれの平方数について、和がその平方数になる2つの数を調べると以下の通りになる。

4 : 1+3
9 : 1+8, 2+7, 3+6, 4+5
16 : 1+15, 2+14, 3+13, 4+12, 5+11, 6+10, 7+9
25 : 10+15, 11+14, 12+13

これらの和が平方数になる2つの数を線で結ぶ図を作ると以下の通りになる。

(和が4,9,16,25 となる2数をそれぞれ赤、緑、青、黒の線で結んでいる)
この図で、8 と 9 は1本ずつしか線が出ていないため、問題の条件にあうように並べるときこの2個の数字が両端になる。9 から線に沿って進んでいくと、

9,7,2,14,11,5,4,12,13,3

と並べていくことができる。3 の次は 1 と 6 に分かれている。1 に進むと 1, 8 となり、すべての数字を使わずに 8 に行く。

一方、6 に進むと 6, 10, 15, 1, 8 となり、すべての数字を使って 8 に行く。つまり、6 に進むと問題の条件にあうように数字を並べることができる。

 今回は文句なし。明大チームにコマ大フィールズ賞が渡った。ちなみに、番組内で出てきた「1から32の数字で問題の条件を満たす閉路」は以下のとおりである。


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「辞書学 (8/30)」

 数学の域を飛び越えていくコマ大。今回取り上げるのは「辞書学」まったく聞きなれないこの学問の講師はお笑いコンビ「米粒写経」のサンキュータツオさん。彼は芸人をしながら、大学で非常勤講師も務めている。彼の研究内容が「辞書の特色」とのこと。

 国語辞典には様々な言葉の意味が書かれている。しかし目に見えないものに対しての意味の解釈は辞書を作っている出版社によって特色が出てくる。たとえば「右」という言葉の意味も「東を向いたとき南にあたる方角」「アナログ時計の文字盤の1時から5時のある方向」など様々。そこで、コマ大メンバーにも言葉の意味を作ってもらう。

問題:「恋愛」という言葉の解釈を書きなさい。

よく使うが、解釈となると文章にしづらいこの言葉。コマ大メンバーの解答は以下の通り。

東大生チーム

 愛しいと感じるときもあれば、時に
憎しみも抱く気持ちがかき乱される
状態。
 論理的には説明できない相手を必要
とする普遍的な感情のたかぶり。

明大チーム

 精神と空間を共有したいという
感情。

コマ大チーム

 初めてのときめきが永遠に続く
こと(男&男もOK!)

 長い説明を書いた東大生チームに対して、ずばっと一言で決めた残り2チーム。模範解答として「新明解国語辞典」の改訂ごとの解釈を紹介。ここでは初版と第五版を紹介します。

初版

 一組の男女が交互に相手にひかれ、ほかの
異性をさしおいて最高の存在としてとらえ、
毎日合わないではいられなくなること。

第五版

 特定の異性に特別な愛情をいだき、高揚した
気分で、二人だけで一緒にいたい、精神的な
一体感を分かち合いたい、出来るなら肉体的な
一体感も得たいと願いながら常にはかなえられ
ないで、やるせない思いに駆られたり、まれに
かなえられて歓喜したりする状態に身を置くこと。

初版では比較的短い解釈でしたが、第五版には倍近い長さの解釈になり、さらには「肉体的な一体感」という生々しい言葉も加えられている。ちなみに私の手元にある第四版には「できるなら合体したい」という言葉が入っております。他の辞書を見ると

恋愛:男女間の恋い慕う情(岩波国語辞典より)

何ともあっさりとした解釈です。

 では、特色のある辞書で問題を作ってみよう、ということで出されたお題はこちら。

お題:ある言葉の解釈に使われる言葉をさらに解釈の文章に変えてみる。
例題:次の文章は何を表しているのか?

動物の頭・胴・手足などのすべてをまとめたものに
その全体または上半身にまといつけるものを
酸素と水素の化合物などを使い
清潔さ、純粋さなどを失うことを取り去るのに使う、
電流が単位時間にする仕事量など、天然に存在する
物体が物理的な仕事をすることのできる能力を
機械的に変換する機器によって動かす力に変えた
ものを受け、行動のねらいにこたえて確かにそれと
決まっている物の動き、成し遂げるための行為をするもの

例題は解説が無く正解のみが出された。おそらく以下のように読み取って答えが出てくるはずである。

「動物の頭・胴・手足などのすべてをまとめたもの」⇒「
「その全体または上半身にまといつけるもの」⇒「着る
「酸素と水素の化合物」⇒「
「清潔さ、純粋さなどを失うことを取り去る」⇒「洗う
「電流が単位時間にする〜行為をするもの」⇒「機械

ということから問題の文章は

体に着たものを水などで洗う機械

となり、これは「洗濯機」を表している。

使われる言葉は3チームとも異なるもの。文章を作ったら3チームが文章を発表し残り2チームが言葉を当てていく。

コマ大チームからの出題

 一定の期間、学問、経験、年齢、地位などが
自分より上の人と呼ばれる、もしくは上下一対の
門歯が発達し、修正伸び続ける細胞壁、葉緑素
を持たない生物。
 種子植物の茎や枝の先に咲いて実を結んだ
もの、熱と光を発して燃えている状態にある物。
クルクルクルクル、パーン!!
「たまやー」「かぎやー」の掛け声は通常しない。
どーだ分からないだろ倍返しだ!

東大生チームからの出題

 炭素、水素から成る糖とアルコールの一種である物を
主成分とする紅藻の煮汁を凍結したものを原料とした
ゼラチンをとかし、砂糖を加えて固めた状態のものを
熱を通して柔らかくどろどろとした中に、豆の一種と
される夏黄色で蝶形の花をひらく一年草の種を煮つぶし
熱帯、亜熱帯地域で栽培するイネ科の多年生植物から
とる甘みの強い調味料を加えた食品を入れ、まとまりの
ある形にし、冷やした生きるために毎日習慣的に行う
以外に食べる、嗜好本位の食べ物

明大チームからの出題

 温度や気圧の差でおこる空気の
流れによって、中に下がっている舌
が、人間の聴覚の範囲内の振動数を
編み出し、中をからにした独特のつや
がある鉱物や石灰や炭酸ソーダを
高温でまぜ冷やしたもので
おもに人の心を癒すもの

何とも複雑な文章。実はこのような単語を表していました。

コマ大チームからの出題

「一定の期間〜自分より上の人」⇒「先輩
「上下一対の門歯が〜持たない生物」⇒「ネズミ
「種子植物の茎や〜実を結んだもの」⇒「
「熱と光を発して燃えている状態にある物」⇒「

ということから問題の文章は「ねずみ花火
を表している (先輩は鼠先輩のこと)

東大生チームからの出題

「炭素、水素〜固めた状態のもの」⇒「寒天
「豆の一種と〜一年草の種」⇒「小豆
「熱帯、亜熱帯〜甘みの強い調味料」⇒「砂糖
「生きるために〜嗜好本位の食べ物」⇒「おやつ

となることから問題の文章は

寒天を熱を通して柔らかくどろどろと
した中に、小豆を煮つぶし砂糖を入れ
まとまりのある形にし、冷やしたおやつ

ということでこの文章は「水ようかん」を表している。

明大チームからの出題

「温度や気圧の〜空気の流れ」⇒「
「人間の聴覚の範囲内の振動数」⇒「
「独特のつやがある鉱物」⇒「金属
「石灰や炭酸〜冷やしたもの」⇒「ガラス

となることから問題の文章は

風によって中に下がっている舌
が、音を編み出し、中を空にした金属や
ガラスで主に人の心を癒すもの。

となり、これは「風鈴」を表している。

調べると深い辞書の世界を学んだ今回。「コマ大フィールズ賞」ではなく「コマ大金田一賞」に選ばれたのは後半の出題で短いものの他の2チームを悩ませた、ということで明大チーム。


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