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解 答 4

着眼点

(1)と(2)については、探すしか方法はない。
(3)が、この問題のメインテーマになる。壁紙の亀甲模様等を見ながら思いついたものである。ごく簡単に示せそうで、やってみると結構手間の掛かる問題かもしれない。
第一のポイントは、交点に2つのタイプがあることを認識することである。T型、U型と記載した。
第二のポイントは、一方の型から出ると、必ずもう一方の型に入るということを認識することである。同じ型に連続して入ることはない。
第三のポイントはT型、U型、併せて6方向(ベクトル)の辺が存在する中で、実際に行って見た時、現実に存在する辺(ベクトル)は、多くても3方向しかないということに気がつくことである。
(4)は、方向の辺(ベクトル)の数が2種類の時と、3種類の時に分けて考える。

解答例

(1)5通り
(2)8通り
(3)格子点には型があり、下記のようにT型(左図)、U型(右図)とする。

 T型から出発すれば、全てU型に入り、U型から出発すれば、全てT型にはいる。
 だから、最短経路の文字を並べれば、「カタカナ」と「ひらがな」が互いに入れ替わりながら並ぶことになる。また、「あ」と「ア」、「い」と「イ」、「う」と「ウ」は互いに逆方向とする。
 そこで、ある格子点Eから、別の格子点Fへ行く最短経路が偶数の場合で考える。
 EからFへ行く最短経路の中には「あ」と「ア」、「い」と「イ」、「う」と「ウ」は同時に存在しない。なぜなら、もし、同時に存在した場合、互いに逆方向に進む辺が存在するので、お互いに方向を打ち消しあうことになる。さらに、短い経路が存在する。
 よって、存在する文字の種類は多くても3文字である。1文字は存在しない。よって、存在するパターンは、2文字または3文字になる。
 すると、最短経路の辺の組み合わせパターンは、3種類の方向が存在する場合(あ、い、ウ)、(あ、イ、う)、(ア、い、う)、(あ、イ、ウ)、(ア、い、ウ)、(ア、イ、う)の6パターンであり、2種類のみの方向が存在する場合(あ、イ)、(ア、い)、(あ、ウ)、(ア、う)、(い、ウ)、(イ、う)の6パターンである。
 いずれのパターンでも、その中には、1文字しか存在しない「カタカナ」または、「ひらがな」がある。そして、「カタカナ」と「ひらがな」が交互に並んでいるので、その1文字しかない「カタカナ」または「ひらがな」が、全部の辺の数の半分だけ存在することになる。よって、最短経路の辺の数の半分は、同一方向に進む辺になる。
(例)あ、イ、あ、ウ、あ、ウ、あ、イ、あ、ウ、→「あ」が5回、「イ」が2回、「ウ」が3回である。

(4)
(@)使用される文字が2種類の場合
  「カタカナ」1文字と「ひらがな」1文字である。1通り存在する。
(A)使用される文字が3種類の場合
 1文字しか存在しない「カタカナ」または「ひらがな」はN個ある。
 残りのN個の中の少ない方の辺の数をkとする。(k≦N)
 k個と(N−k)個の2種類の文字の配列の個数が求める経路の通りになるので、NKとなる。

配点

(1)5点 (2)5点 (3)20点 (4)10点
講評

 (1)と(2)はすぐにわかる設問であると思います。(3)がメインです。2〜3の例で確認すれば確かにその通りで、簡単に証明できそうに思われますが、いざやろうと思うと、その手がかりを探すことが困難と思われます。
 不十分であった人の答案で、目立ったものとして、正六角形の真中を通る対角線の方向(及び、それを延ばした方向)のみの場合で論じたものがありました。
 一方、六角形では、処理することが困難と考えて、四角形に直して処理を考えて、正解した人も数人いました。(4)は(3)が解くことができれば、比較的簡単に解答できると思われますが、正答していた人は、いませんでした。
 150〜160人受けて(1)と(2)で10点取った人が110人程度いました。

北海道栗山高校 教諭 山崎昌典

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