平成11年6月19日

[流れ星]

    第19回数学的な応募問題

 <解答募集期間:6月19日〜7月3日>

    [本棚の問題NO2]

 

 太郎さんは作業机の下にいっぱいの本があります。一度、整理して本棚に入れたいと思って

います。入れ方にもいろいろな場合があることに太郎さんは気がつきました。

<1>本でみると、異なる本なのか、見分けのつかない本なのかが問題になります。

<2>本棚においても同じことで、異なる棚か、同じ棚かを考えなければなりません。

  これで、この組み合わせによって、4つの場合に分かれます。まだあります。

<3>どの本棚にも必ず本を入れて空がないように入れるか、それとも本をいれない棚を

許すかにもよります。

結局8つの場合を考えて、整理することにしました。 前回の続きになります。

問題5:5冊の異なる本を、3個の同じ棚に入れる方法は何通りでしょうか?

   ただし、空の本棚があってはいけないとする。 

問題E:一般に、m冊の異なる本を、n個の同じ棚に入れる方法は何通りでしょうか?

   ただし、空の本棚があってはいけないとし、m≧nとする。

問題6:5冊の異なる本を、3個の同じ棚に入れる方法は何通りでしょうか?

   ただし、空の本棚があっても良いとする。

問題F: 一般に、m冊の異なる本を、n個の同じ棚に入れる方法は何通りでしょうか?

   ただし、空の本棚があっても良いとし、m≧nとする。

ここからは、本も棚も区別しない場合である。本を区別しないと、その冊数だけが問題になってくる。

したがって、この入れ方は自然数をいくつかの整数に分割することと同じになります。

問題7:m冊の同じ本を、前に入れた冊数を越えないようにして、上の棚から順に入れていく方法は何通りでしょうか?

   まず、m=1,2,3,4,5,6のときを考えてください。

問題G:m冊の同じ本を、前に入れた冊数を越えないようにして、上の棚から順に入れていく方法をS(m)

   とし、棚の数をkとしたとき、その入れ方をT(m,k)とします。ただし、m≧kとする。

   次の設問に答えてください。

    <1> T(m,m),T(m,m―1),T(m,1)の値を求めよ。

    <2> T(m,2)の値をmが奇数、偶数によって場合分けして、答えてください。

   ここからは、次の等式が成り立つことを証明してください。

<3> k>m/2のとき、T(m,k)=T(m−1,k−1)

<4> k≦m/2のとき、T(m,k)=T(m−1,k−1)+T(m−k,k)

    <5> k≧m/2のとき、T(m,k)=S(m−k)

    <6> 特に、S(m)=T(2m,m)

 

 太郎さんは、これらの関係を使って、S(5)、S(6)、S(7)を求めてたくなりました。

皆さんの一度、確かめてください。

 これで、やっと無事にいろいろな入れ方で本を整理することができました。


[問題Gについての参考文献:数学ランド・おもしろ探検(寺田文行監修):森北出版] 


 皆さん、答えがわかったら、その答えになる考え方や証明方法をペンネームを添えて、

  メールで送ってください。待っています。

         

    <自宅>  mizuryu@aqua.ocn.ne.jp

 

 

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