数学
引っ越しにあたって部屋の片づけしてたら、数年前に走り書きしたと思われるメモが見つかったので記録。
・スタートからゴールまで7マスのすごろくがある。
目が余ったら戻るとき、ゴールまでにサイコロを振る回数の期待値は?
答え:7回
1回目に振ることで、残りマス数は1~6になる。
これ以降、サイコロを振るごとに1/6の確率でゴールするので、期待値は6回。
計7回。(ここまで)
・10^30÷1002の小数点以下を四捨五入したとき、下3桁を求めよ
(元ネタは数検1級1次。四捨五入せず1の位を問う)
※ただし数2の知識で解ける
答え:489
x^10をx+2で割った余りは、因数定理より(-2)^10=1024
x=1000を代入し、10^30÷1002の余りは22。
よって小数点以下は切り捨てられ、四捨五入の結果は
(10^30-22)÷1002と一致する。
割られる数の下4桁は9978となり、商をXとすると
1002*X=……9978 となることから、Xの下3桁が定まる。(ここまで)
・五角形の5辺と5対角線の計10本の線分から、ランダムに4本選ぶとき、5頂点がすべてつながる(※)確率を求めよ
※任意の頂点から、選ばれた線分だけを通って、任意の頂点へ移動できるということ
(元ネタは数検1級1次そのまま)
答え:25/42
ある頂点から出ている線分の数で場合分け
41111…5×1通り
32111…5C2×3通り(1のどれが2とつながるか)
22211…5C2×6通り(2つの1がどの2とつながるか)
以上を、線分の選び方の総数10C4で割ればよい。(ここまで)
・10数の積と和が等しくるなるような自然数組をすべて求めよ
a1≧a2≧…≧a10とし ――(1)
a1+a2+…+a10=a1*a2*…*a10 ――(2)
両辺 a1*a2*…*a10 で割り
1/(a2*a3*…*a10)+…=1
左辺は(1)より第1項≧第2項≧…なので
1/(a2*a3*…*a10)≧1/10
つまり
a2*a3*…*a10≦10 ――(3)
因数の関係からa5~a10は1
a4=2とすると(1)(3)よりa2=a3=2となるが
(2)より8*a1=a1+12となり不適。よってa4=1
a3=3とすると(1)(3)よりa2=3となるが
(2)より9*a1=a1+15となり不適。
a3=2とすると(1)(3)よりa2は2~5となるが
(2)より2*a1*a2=a1+a2+9
a1*(2*a2-1)=a2+9 となりいずれも不適。よってa3=1
以上より
a1*a2=a1+a2+8
(a1-1)*(a2-1)=9
(a1,a2)=(4,4),(10,2)
求める自然数組は
(10,2,1,1,1,1,1,1,1,1)
(4,4,1,1,1,1,1,1,1,1) (ここまで)
ちなみに、n個の数では
(n,2,1,1,…,1)が必ず条件を満たす。
・[√2*n]*[√2*n+1]=2*n^2を満たす自然数nが無数に存在することを示せ
※[x]でxを超えない最大の整数を表す(ガウス記号)
ある自然数mについて
m*(m+1)=2*n^2 が成り立つならば
m=[√2*n]と分かる。
よって問題は
m*(m+1)=2*n^2 が成り立つ自然数組は無数に存在することを示せ、と読み替えられる。
(つまり「1~mまでの和が平方数になることがあるか?」ということ)
(1)(n,m)=(1,1)は条件を満たす
(2)(n,m)=(p,q)が条件を満たすならば(2p*(2q+1),8*p^2)も条件を満たす
(3)p<2p*(2q+1)なので、この2組は異なる組である
よって条件を満たす自然数組は無数に存在する。(ここまで)
ただし、この方法ではたとえば(35,49)などは見つからない。
・次の3つの円が平面を7領域に分けるような正の数abの範囲を示せ
(x-1)^2 + y^2 =a^2
(x+1)^2 + y^2 =a^2
(x-b)^2 + (y-2b)^2 =a^2
解説略で答えだけ。
a<1でなし。
a=1のとき、b<3/5(ただしb≠1/√5)
a>1で、b=(-1+2*√(5a^2-1))/5、(2√(a^2-1)+√(4a^2+1))/5
(ただしa≠√2) (ここまで)
grapesなどで実際に動かしていくとわかりやすい。
・サイクロイドは接線が両軸によって切り取られる長さが一定
双曲線は接線が両軸によって切り取られる面積が一定
目が余ったら戻るとき、ゴールまでにサイコロを振る回数の期待値は?
答え:7回
1回目に振ることで、残りマス数は1~6になる。
これ以降、サイコロを振るごとに1/6の確率でゴールするので、期待値は6回。
計7回。(ここまで)
・10^30÷1002の小数点以下を四捨五入したとき、下3桁を求めよ
(元ネタは数検1級1次。四捨五入せず1の位を問う)
※ただし数2の知識で解ける
答え:489
x^10をx+2で割った余りは、因数定理より(-2)^10=1024
x=1000を代入し、10^30÷1002の余りは22。
よって小数点以下は切り捨てられ、四捨五入の結果は
(10^30-22)÷1002と一致する。
割られる数の下4桁は9978となり、商をXとすると
1002*X=……9978 となることから、Xの下3桁が定まる。(ここまで)
・五角形の5辺と5対角線の計10本の線分から、ランダムに4本選ぶとき、5頂点がすべてつながる(※)確率を求めよ
※任意の頂点から、選ばれた線分だけを通って、任意の頂点へ移動できるということ
(元ネタは数検1級1次そのまま)
答え:25/42
ある頂点から出ている線分の数で場合分け
41111…5×1通り
32111…5C2×3通り(1のどれが2とつながるか)
22211…5C2×6通り(2つの1がどの2とつながるか)
以上を、線分の選び方の総数10C4で割ればよい。(ここまで)
・10数の積と和が等しくるなるような自然数組をすべて求めよ
a1≧a2≧…≧a10とし ――(1)
a1+a2+…+a10=a1*a2*…*a10 ――(2)
両辺 a1*a2*…*a10 で割り
1/(a2*a3*…*a10)+…=1
左辺は(1)より第1項≧第2項≧…なので
1/(a2*a3*…*a10)≧1/10
つまり
a2*a3*…*a10≦10 ――(3)
因数の関係からa5~a10は1
a4=2とすると(1)(3)よりa2=a3=2となるが
(2)より8*a1=a1+12となり不適。よってa4=1
a3=3とすると(1)(3)よりa2=3となるが
(2)より9*a1=a1+15となり不適。
a3=2とすると(1)(3)よりa2は2~5となるが
(2)より2*a1*a2=a1+a2+9
a1*(2*a2-1)=a2+9 となりいずれも不適。よってa3=1
以上より
a1*a2=a1+a2+8
(a1-1)*(a2-1)=9
(a1,a2)=(4,4),(10,2)
求める自然数組は
(10,2,1,1,1,1,1,1,1,1)
(4,4,1,1,1,1,1,1,1,1) (ここまで)
ちなみに、n個の数では
(n,2,1,1,…,1)が必ず条件を満たす。
・[√2*n]*[√2*n+1]=2*n^2を満たす自然数nが無数に存在することを示せ
※[x]でxを超えない最大の整数を表す(ガウス記号)
ある自然数mについて
m*(m+1)=2*n^2 が成り立つならば
m=[√2*n]と分かる。
よって問題は
m*(m+1)=2*n^2 が成り立つ自然数組は無数に存在することを示せ、と読み替えられる。
(つまり「1~mまでの和が平方数になることがあるか?」ということ)
(1)(n,m)=(1,1)は条件を満たす
(2)(n,m)=(p,q)が条件を満たすならば(2p*(2q+1),8*p^2)も条件を満たす
(3)p<2p*(2q+1)なので、この2組は異なる組である
よって条件を満たす自然数組は無数に存在する。(ここまで)
ただし、この方法ではたとえば(35,49)などは見つからない。
・次の3つの円が平面を7領域に分けるような正の数abの範囲を示せ
(x-1)^2 + y^2 =a^2
(x+1)^2 + y^2 =a^2
(x-b)^2 + (y-2b)^2 =a^2
解説略で答えだけ。
a<1でなし。
a=1のとき、b<3/5(ただしb≠1/√5)
a>1で、b=(-1+2*√(5a^2-1))/5、(2√(a^2-1)+√(4a^2+1))/5
(ただしa≠√2) (ここまで)
grapesなどで実際に動かしていくとわかりやすい。
・サイクロイドは接線が両軸によって切り取られる長さが一定
双曲線は接線が両軸によって切り取られる面積が一定
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