【数セミ】エレガントな解答をもとむ2【2016.11】 [無断転載禁止]©2ch.net
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2018年2月号の講評です。
今月は締め切りが9日でした。
問題の難易度が高く間に合わなかった方も多かったのでは。
■出題1:問題1はレベル6(常連正解率70〜80%)、問題2はレベル8(常連正解率20%)
徳重典英先生の出題。
n個の整数x_k∈{0,1}[{0,1,2}]の和がfloor(n/3)[floor(2n/3)]以下となる組み合わせの総数がc^n(c<2)[d^n(d<3]で押さえられるかを問う問題。
問題文はsimpleですが、simpleな問題は往々にして難しいという典型例。
良問ですが良く知られた有名問題の匂いがします。
上のレベルは正攻法で解いた場合です。
おそらくエレガントな解答が用意されています。
正攻法では知識と多少面倒な計算が必要です。
問題文には『根拠を示して答えよ』とあります。
これは裏を返せば『厳密でなくてもよい』という意味かもしれません。
正攻法で厳密な議論を展開するのはなかなか面倒です。
阿呆のコメントはひとまずこれくらいに。
ぬるぽさんか早解きさんか水戸黄門さんか、どなたかのコメントを待って議論したいと思います。
■出題2:問題1はレベル2〜3(高校生正解率80%)、問題2はレベル7〜8(常連正解率20〜30%)
丹下基生先生の出題。
凸多角形の隣接3点を使った等積変形(I-変形と名付けられている)で凸性を保ちながら正多角形にできるかを問う問題。
n角形(n≧4)では対角線を底辺とするI-変形のみが許される。
こちらも良問と言ってよいと思います。
ウォーミングアップ問題、問題1は瞬殺ですが、問題2の凸5角形のケースは簡単ではないです。
スジさえ通っていればマルがもらえるかもしれませんが、『どんな点配置でもこの変形が可能か?』を厳密に考えると結構大変です。
それを解答として記述するのもまた大変。
先月に続き、今月も本誌名物コーナー『エレガントな解答をもとむ』の醍醐味が存分に味わえる美味しい月でした。
2問とも良問なのはうれしいですね。
5chで愚問悪問排除運動を推し進めた成果が出始めているのかw >>670
・nが奇数のとき
正n角形の任意の2頂点p,qに対して、それから等距離な頂点がちょうど1つある。
↓
辺と対角線を長さごとに彩色すれば、題意を満たす。
美しく、かつエレガントな結果です。(なかなか出て来ない…)
・n≧8、偶数の場合
これも おkでしたね^^(清水氏) 2018年3月号の講評です。
(えっ!まだ出たばかりぢゃ?)
といっても NOTE の、ですが。
(なーんだ)
■長岡京の公式
1+2+……+k = T_k
とおくと「図」から
k = T_k - T_{k-1},
kk = T_k + T_{k-1}
辺々掛けてたす。
Σ[k=1,n] k^3 = Σ[k=1,n](T_k - T_{k-1})(T_k + T_{k
-1})
= Σ[k=1,n]((T_k)^2 -(T_{k-1})^2)
=(T_n)^2, (← T_0=0)
なんともエレガント。
クスコ副将軍の墳墓は立方体を重ねた形にしてほしい、という程でござる。
■宇都宮の不等式
単調減少な正数列 x_1 > x_2 > …… > x_n > 0 について
Σ[j=1,n](x_j)^x_{j-1}> Σ[k=1,n](x_j)^x_{j+1}
ただし、x_0 = x_n,x_{n+1}= x_1 とする。
これも美しい不等式。
名著「不等式への招待」の著者も今や古希でござる。 >>707
> ・n≧8、偶数の場合
>
> これも おkでしたね^^(清水氏)
そう簡単に思いつけないと思うんですけどね。
>>670で気付かれていたのはさすがの一言です。
解答編>>669で
> n=4,5はとても易しい。問題なのはn=6でかなり悩まされた。
> 長時間悩んだ結果めでたく解答の道筋が立ち、
> 論理を整理しつつB5用紙に解答を清書していったところ
> 出来上がった答案は当初書くはずだった結論の逆を証明していた、という珍しい体験をした(←アホ)
と書きましたが、まったく同じことを答案にコメントした人が居たみたいですね。
私のドッペルゲンガーかと。ビックリしました。 >>709に補足。
本誌に『苦労の時間は至福のときだったのではないでしょうか?』とありますが、
さすがにこの苦労は至福とはいえなかったですね・・w
方針がまったく定まらず、題意を満たすグラフがあるのかないのか分からず。
いよいよどうしようもなくなり非存在をシラミツブシで調べることにしたという経緯なわけで。
絵に描いたようなエレファントロードです。
オレは才能ないんだなーと悲しみを抱えつつ虱を潰してました。
そして最後には『グラフあるんかーい!』でずっこけて大団円というオチ。 今月は両方解けそうだ。エレガントかどうかは別として。 >>711
> 今月は両方解けそうだ。エレガントかどうかは別として。
斥候ご苦労!
今月はゆったりできそうですね 2月号
■出題1
問題(1)
x_1 + x_2 + …… + x_n = k となる解(x_1,x_2,……,x_n)の個数はC[n,k]
求めるものは
f_n = Σ(k=0,m)C(n,k), m =[n/3]
ところで、k < n/3 のとき
C(n,k)={(k+1)/(n-k)}C(n,k+1)<(1/2)C(n,k+1)
< … <(1/2)^(m-k)C(n,m).
f_n = Σ(k=0,m)C(n,k)
< C(n,m)(1 + 1/2 + 1/4 + 1/8 + …)
< C(n,m)* 2
〔補題〕
n≧2 のとき C(n,m)≦(4/9)c^n,
ただし、c = 3/4^(1/3)= 1.889881575
(略証)
C(2,0)= 1 < 4^(1/3)=(4/9)c^2,
C(3,1)= 3 =(4/9)c^3,
C(4,1)= 4 < 9/4^(1/3)=(4/9)c^4,
これと
C(n+3,m+1)={(n+3)(n+2)(n+1)/[(m+1)(n-m+2)(n-m+1)]}C(n,m)
<(27/4)C(n,m)
から出る。(終)
∴ f_n < c^n, >>713
> C(n+3,m+1) = {(n+3)(n+2)(n+1)/[(m+1)(n-m+2)(n-m+1)]}C(n,m) < (27/4)C(n,m)
この漸化式で帰納法ですか。
さらっと書いてますけど思い付かんでしょうねフツーはw
微妙な差はありますが、
f_n<A x C(n,m)<B x c^n
というステップを踏むところは私と同じです
やはりこれが本筋ですね >>715
「その他、漸化式から証明した人が多数いました」の「多数」の一員でよければどうぞ。 3月号の問2のことだろ。
東大の入試問題としても丁度よさそうなレベル。
漸化式を使って解くのが普通だし、それなら20分もあればちゃんと完答できる。
その回答で満足できるのならそれでいい。ケチをつける気はないよ。 解くべき問題が無くなって暇な人に…
〔掛谷の定理〕
正係数のn次多項式
F(x)= a_0・x^n + a_1・x^{n-1} + …… + a_{n-1}・x + a_n,
について
・a_0 > a_1 > a_2 > …… > a_{n-1}> a_n > 0 ならば
F(x)= 0 の解の絶対値は1より小さい。
・0 < a_0 < a_1 < a_2 < …… < a_{n-1}< a_n ならば
F(x)= 0 の解の絶対値は1より大きい。 (1)
n次方程式 F(x)= 0 の根{r_k}がすべて実数のとき、
F(x)が極値・停留値をとる点b{F '(x)= 0 の実数解}は次をみたす。
r_min ≦ b ≦ r_max
(2)
n次多項式 F(x)が停留値をとる点β{F '(x)= 0 の解}は、
F(x)= 0 のすべての根を含む凸領域内にある。
例) すべて単根{α_k}のときは
β = Σ[k=1,n]t_k α_k
重み t_k = |β-α_k|^(-2)/{Σ[j=1,n]|β-α_j|^(-2)} f(x) が下に凸であるとは、a≠b、0<λ<1 に対して
(1-λ)f(a) + λf(b) > f((1-λ)a+λb)
が成り立つこととする。
〔補題〕
f(x)が 0≦x≦1 で下に凸ならば
1) (1/n)Σ[k=1,n]f(k/(n+1))>{1/(n-1)}Σ[k=1,n-1]f(k/n),
2) {1/(n+1)}Σ[k=0,n]f(k/n)>{1/(n+2)}Σ[k=0,n+1]f(k/(n+1)), f(x) が下に凸であるとは、a≠b、0<λ<1 に対して
(1-λ)f(a) + λf(b) > f((1-λ)a+λb)
が成り立つこととする。
〔Popoviciuの不等式〕
f(x) が下に凸ならば、 (a+b+c)/3 = m に対して、
f(a) + f(b) + f(c) + 3f(m) ≧ 2f((a+b)/2) + 2f((a+c)/2) + 2f((b+c)/2),
佐藤淳郎(訳)「美しい不等式の世界」 朝倉書店(2013) p.41 演習問題1.89 みなさんが簡単だの受験レベルだの言うので全く手をつけてません
一身上の都合により明日1日で終わらせないといけません
これで簡単でなかったら激オコですよ >>669-672
2017年12月号 ■出題2
n=6 の解答を残しておく。
A1-A2-A3-A1
A1-B1
A2-B2
A3-B3
以上を色1で
B2-A1-B3-B1 色2
B3-A2-B1-B2 色3
B1-A3-B2-B3 色4
3回(120゚)対称らしい >>727
まとめてみる。
・nが奇数(n≧3)のとき
>>670 ((n-1)/2回対称) >>707 (n回対称)
・nが偶数(n≧8)のとき
>>670 >>671 (非対称)
・n=6 のとき
>>727 (3回対称)
・n=2,4 のとき
なし >>726
> 一身上の都合により明日1日で終わらせないといけません
> これで簡単でなかったら激オコですよ
激オコしかけましたがなんとか大丈夫でした(笑
よい週末を。 >>683
> ■出題1:レベル6〜7(常連正解率50〜70%)
> [ノーヒントならレベル9〜10(常連正解率0〜10%)]
>
> 2n個の点からランダムにn個の区間を選ぶとき、
> すべての区間と交わる『支配区間』がk個以上できる確率を問う問題。
>
>
> ■出題2:レベル7〜8(常連正解率20〜40%)
> [ノーヒントならレベル9〜10(常連正解率0〜5%)]
>
> 『強正則グラフ』
2問ともノーヒントでレベル9〜10という超難問だった1月号の解答がもうすぐ来ます。
待ち遠しいですね。果たして何人解けているのか。
特に出題2をノーヒントで解くのは、とあるエレ解常連レベルでは3ヶ月時間をもらっても無理です。
両問ともヒントを使ったかどうかは解き方を見ればすぐに分かります。
ヒントなしで解いた人間がいたら本スレで崇め奉りたいと思ってます。 >>722
〔掛谷の定理〕
不等式スレ9.453 459 465
>>724
不等式スレ9.463
>>725
〔Popoviciuの不等式〕
(i) a, b ≦ m ≦ c のとき
f(m) + f((m+c)/2) ≧ f((a+c)/2) + f((b+c)/2),
(ii) a ≦ m ≦ b,c のとき
f((a+m)/2) + f(m) ≧ f((a+b)/2) + f((a+c)/2),
は次から出る。
〔補題471〕
f(x) は m,nを含む区間で下に凸
m+d,n-d が m と n の中間にあるとき
f(m) + f(n) > f(m+d) + f(n-d)
不等式スレ9.465 471
>>729
激オコしなかったんですか^^ 4月号の出題1は一松先生、またの名を「エレガントな解答をもとむコーナーの生ける伝説」です。
ぱっと見、難易度がぜんぜん掴めません。
不等式スレの住人に斥候を頼みたいところです。
出題2は岡本吉央先生。
いつも通りエレガントな問題。安心安定のハイクオリティ。
たぶん相当な難問です。(1)、(2)、(3)までありますよ。気合入れないといかんです。
早めに取り掛かるのが吉。私のように組み合わせ論が苦手な人はなおさらです。
組み合わせ論も不等式も苦手な私は今月覚悟して取り組みます 2は気づけばなーんだという問題。(3)まで含めてB5の半分程度で行けるかな。
でも良問だと思う。 >>734
は、早い・・・もう見通したんですか。
心強いお言葉ですねぇ
出題1もよろしくです。
コメントを聞いてから春旅行のスケジュールを立てますw >>733 >>735
4月号 出題1は…
(1) 通分して多項式で考えるのがシュアーか?
(2) も同様。Ω条件を消したいので○○変換してみる?
(3) 因数分解できるが、対称性は自発的に破れる?
どれも当てにならぬが… >>736
出題1は微妙ですね。警戒しておこう・・ 自分を信用してないので簡単と言われた出題2に早くも手を付たのですがw、確かに簡単というか、簡単すぎるような。
穴がないかチェックしよう。。 岡本先生は2年前の赤青問題以来、丸くなってしまったのだろうか。。
あの問題は歴史に残る名作でありました >>736
> どれも当てにならぬが…
どれも解いた人にしか書けないコメントですがw
不等式スレの住人には屁の河童かもしれませんね。 >>734
> 2は気づけばなーんだという問題。(3)まで含めてB5の半分程度で行けるかな。
コレそんなに簡単ですかね・・? >>744
気づけばね。答えの式を見たら、すぐに解法が分かると思う。 さっき気がついたけど、今月から締切日必着じゃなくて消印有効になったんだな。 >>734, 745
感嘆。やっと思いつきましたよエレガントな解法を。
これを一瞬で思いつけるのは頭良すぎですよ エレガントな解答を思いつかなかった人もいるので
おそえて下さい 北か東にしか進めない格子上を(1,1)から(m+1,n)まで移動する経路数と同じでしょ? (2)は(2m+1,n)まで、(3)は(3m+1,n)までの経路数だね。 (2)は半分より右の経路を左端まで移動して、左半分の経路分を引き算する。これがf2。
(3)は3分割して同じことをやる。 (1,1)から(2m+1,n)までの経路で、(i,j)から東に進む場合にf(i)=jと定義。
1<=i<=mにおいて
f1(i)=f(i)
f2(i)=f1(i)+f(i+m)-f(m)
と置くと、f1, f2の組み合わせとf(つまり経路)が1対1で対応する。 >>766
f2(i) - f1(i) = f(i+m) - f(m) が 1≦i≦m で単調非減少の経路はそうですね。
非負でOKなら、部分的に減少する経路も有り得る希ガス (1) は >>761 のとおり
C(m+n-1,m) = C(m+n-1,n-1)
= Π[j=1,m] Π[k=1,n-1] (j+k)/(j+k-1)
= Π[(j,k)∈B1] (j+k)/(j+k-1)
ここに、B1 = {(j,k) | 1≦j≦m,1≦k≦n-1} は m×(n-1) の長方形ブロック
そだね〜 >>767
f(m)は固定値でf(i+m)が単調非減少なんだから、やはり単調非減少なんじゃね? >>766
> (1,1)から(2m+1,n)までの経路で、(i,j)から東に進む場合にf(i)=jと定義。
> 1<=i<=mにおいて
> f1(i)=f(i)
> f2(i)=f1(i)+f(i+m)-f(m)
> と置くと、f1, f2の組み合わせとf(つまり経路)が1対1で対応する。
たとえばf(1)<n, f(m)=nなる経路fを取るとf2(i)=f1(i)に限定されます。
任意のiに対しf(i+m)=f(m)=nなので。
しかし実際には別のf2が取れます。
読み違っていたらご指摘ください。
それにしてもいい問題ですねこれ。
翌月号が届くまで暇しなさそうだ。 >>768
は ブロックB1 に収まるヤング図形を数えたのでござるな。
では、L個の関数 f_1 ≦ f_2 ≦ … ≦ f_L に対しては
ブロックBに収まる3次元ヤング図形の数にならぬか?
Π[i=1,L] Π[j=1,m] Π[k=1,n-1] (i+j+k-1)/(i+j+k-2)
= Π[ (i,j,k) ∈ B] (i+j+k-1)/(i+j+k-2),
ここに、B ={ (i,j,k) | 1≦i≦L,1≦j≦m,1≦k≦n-1}は L×m×(n-1) の直方体ブロック >>772
P.A.MacMahon:"Combinatory Analysis" Vol.2, Cambridge (1916)
にあるらしい。 2018年4月号の講評です。
今月は良質で軽めの問題が1問、エレガントな難問が1問です。
■出題1:レベル4〜5 (常連正解率90%)
生ける伝説一松先生の出題。
変数を正としてf(a,b,c;t)≡(a^2+b^2+c^2)-t(ab+bc+ca)+9(t-1)abc/(a+b+c)が
すべてのa,b,cに対して≧0、あるいは≦0となるtの範囲を考えさせる問題。
≦0のときはa,b,cが三角形成立条件を満たすように動く。
一見して数オリの練習問題のようですが実際にそんな感じです。
必要性と十分性をきちんと押さえて議論する必要があり基礎力が問われます。
大学入学を控えた18歳がエレ解の世界へ足を踏み入れる導入問題として
4月号に似つかわしい優れた問題と言えるでしょう。
■出題2:レベル8〜?(常連正解率15%〜?)
単調非減少な関数f:{1,2,3,...,m}→{1,2,3,...,n}の総数を求める岡本先生の問題。
小問(1)は上記のとおり。(2)は任意のiでf1(i)≦f2(i)を満たす組の総数を求める。
(3)はf1(i)≦f2(i)≦f3(i)を満たす3つ組の総数を求める。
シンプルで難しく、しかし美しい組み合わせ論の問題です。
組み合わせ論はエレガントな問題の宝庫ですね。
私は苦手としているのであんまり出さないでほしいのですがw
高校生以下でもチャレンジできますので題材としてはうってつけでしょう。
組み合わせ論はアイデア一発でエレガントな解答が書けることが多いです。
逆にアイデアが浮かばなければ路頭に迷いまくるという困った性質を持ちます。
(1)は重複組み合わせを考えれば終わりなので簡単です。
問題は(2)です。あるf1に対してf2が何通りあるか(*)は論文が出ています。
しかし(f1,f2)の組み合わせの総数については参考文献が見当たりません。
(*)より簡単なのだろうと思いますがエレ解レベルの数学ファンには難しいです。
なんてあたかも私がエレ解ファンの代表かのように語ってますが、
組み合わせ論は『こう解けば簡単じゃん、バカなの?』というコメントで
落ち込まされることが経験上多いので怖いですw 2018年4月号
■出題1
〔シューア不等式〕の拡張版
p,q,r≧0 かつ (a,b,c) と (p,q,r) が同順または逆順のとき
F(a,b,c) = p(a-b)(a-c) + q(b-c)(b-a) + r(c-a)(c-b) ≧ 0
をまづ示しましょう。
bとqがそれぞれ中間にあるとして、p-q+r≧0, (a-b)(b-c)≧0,
F(a,b,c) = p(a-b)^2 + (p-q+r)(a-b)(b-c) + r(b-c)^2 ≧ 0,
(1)
(a+b+c) f(a,b,c;2) = a(a-b)(a-c) + b(b-c)(b-a) + c(c-a)(c-b) ≧ 0,
t≦2 ⇒ f(a,b,c;t) ≧ 0,
t>2 に対して f(a,b,c;t) < 0 となるような (a,b,c) の例を探す。
(2)
(a,b,c)∈△ のとき
(a+b+c) f(a,b,c;3) = -(b+c-a)(a-b)(a-c) -(c+a-b)(b-c)(b-a) -(a+b-c)(c-a)(c-b) ≦ 0,
t≧3 ⇒ f(a,b,c;t) ≦ 0,
0<t<3 に対して f(a,b,c;t) >0 となるような (a,b,c)∈△ の例を探す。
(3)
t_3 = (t_1 + t_2)/2 = 5/2,
(a+b+c) f(a,b,c;5/2) = (2a-b-c)(2b-c-a)(2c-a-b)/2 = 0,
∴ (a,b,c) は等間隔に並ぶ。
これは (a,b,c) = (1,3,5) のような、△をなさない例も含む。 >>772
> では、L個の関数 f_1 ≦ f_2 ≦ … ≦ f_L に対しては
> ブロックBに収まる3次元ヤング図形の数にならぬか?
3軸の斜交格子を使って非交差経路の組を数え上げようというわけですか。
f1,f2,f3の経路のスタート、ゴールはある軸方向に1ずつ離れていると。
それは3次元ヤング図形に対応すると。 >>786
統一された手法で解けるんですね。エレガントです。
> t≧3 ⇒ f(a,b,c;t) ≦ 0,
すべてのt≧3で成り立つのは自明ですかね? >>788
tの1次式で、係数が負。
(a,b,cを固定すれば)tについて単調減少。
問題文にもあった希ガス… >>789
あのヒントというかお膳立ては必要ない気もしたんですが。
一松センセのあらゆる読者への配慮みたいなものを感じます >>789
正三角形を除き、tの係数は負の定数。
tを増大すれば、とこかで負になる。
(a,b,c)∈△ についての上限が t_2 = 3
非△ついては上限なさそう。
(a+1+1) f(a,1,1;t) = (a-1)^2 (a+4-2t)
零点 t = (a+4)/2. 数オリとエレガントな解答をもとむって、どちらの方が難しいの? エレガントな解答をもとむと大学へのの宿題となら、どちらの方が難しいのでしょうか? 近畿大学数学コンテストなんて簡単だよ
エレガントな解答をもとむが一番難しいわ 難易度:エレガントな解答をもとむ>数オリ>宿題>近畿大学数学コンテスト>学コン>東大理系数学>センター数学 ■ このスレッドは過去ログ倉庫に格納されています