琉球大学/2022年度/前期

4琉球大学 2022年 数学 第4問解答・解説

場合の数と確率

1問題

琉球大学2022年度第4問
次の問いに答えよ。(50点)

問1 1から9までの自然数の中から、1≦a1<a2<a3≦91\leqq a_{1}<a_{2}<a_{3}\leqq 9 を満たすように3つの数を選び、それを (a1, a2, a3)(a_{1},\,a_{2},\,a_{3}) とする。このような3つの数 (a1, a2, a3)(a_{1},\,a_{2},\,a_{3}) の選び方のうち、a2−a1≧3a_{2}-a_{1}\geqq 3 かつ a3−a2≧3a_{3}-a_{2}\geqq 3 を満たすものは全部で何通りあるか。

問2 1から50までの自然数の中から、1≦a1<a2<a3≦501\leqq a_{1}<a_{2}<a_{3}\leqq 50 を満たすように3つの数を選び、それを (a1, a2, a3)(a_{1},\,a_{2},\,a_{3}) とする。このような3つの数 (a1, a2, a3)(a_{1},\,a_{2},\,a_{3}) の選び方のうち、a2−a1≧10a_{2}-a_{1}\geqq 10 かつ a3−a2≧10a_{3}-a_{2}\geqq 10 を満たすものは全部で何通りあるか。

問3 1番から20番までの番号が書かれた座席が、図のように円形に並んでいる。この中から、2つ以上の間隔を空けて3つの座席を選ぶ(例えば、1番を選んだときは2番、3番、19番、20番は選べない)。このような3つの座席の選び方は全部で何通りあるか。
20個の四角い座席が円形に並び、最上部の1から時計回りに2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20と番号が書かれている。

まずは自分で解いてみましょう。解けたら「答え」、詰まったら「解答」で確かめられます。

タイマー

15:00

2答え

答えを見る自分の答えと照らし合わせる
  • 問1 1010通り。問2 49604960通り。問3 520520通り。

3解答

解答を見る途中式つきの解答

解答

問1では b1=a1, b2=a2−2, b3=a3−4b_1=a_1,\ b_2=a_2-2,\ b_3=a_3-4 とおく。条件 a2−a1≧3, a3−a2≧3a_2-a_1\geqq3,\ a_3-a_2\geqq3 は b1<b2<b3b_1<b_2<b_3 に置き換わり、1≦b1<b2<b3≦51\leqq b_1<b_2<b_3\leqq5。逆変換 a1=b1, a2=b2+2, a3=b3+4a_1=b_1,\ a_2=b_2+2,\ a_3=b_3+4 があるので、個数は
5C3=10. {}_{5}\mathrm{C}_{3}=10.

問2では b1=a1, b2=a2−9, b3=a3−18b_1=a_1,\ b_2=a_2-9,\ b_3=a_3-18 とする。条件は 1≦b1<b2<b3≦321\leqq b_1<b_2<b_3\leqq32 と同値で、逆変換もできる。よって
32C3=4960. {}_{32}\mathrm{C}_{3}=4960.

問3では選んだ3席の間にある円周方向の席間隔を d1,d2,d3d_1,d_2,d_3 とする。「2つ以上の間隔を空ける」ので各 di≧3d_i\geqq3、また一周分の合計は20。xi=di−3x_i=d_i-3 とすれば x1+x2+x3=11x_1+x_2+x_3=11、各 xi≧0x_i\geqq0 だから、間隔の組は仕切り法で 13C2=78{}_{13}\mathrm{C}_{2}=78 通り。最初の選択席は20通りだが、同じ3席はどの席から数え始めてもよいので3回ずつ数えられる。したがって
203 13C2=520. \dfrac{20}{3}\,{}_{13}\mathrm{C}_{2}=520.

答え

問1 1010通り。問2 49604960通り。問3 520520通り。

読み終えたら解答を閉じて、もう一度自分の手で解いてみましょう。

この問題で使う考え方

  • 差を詰める全単射
  • 組合せ
  • 円周間隔の分配と重複除去

答えと解答は AI で作成したものです。誤りに気づいたらお問い合わせから教えてください。

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