問題4386・・・やどかりさんのブログ http://blogs.yahoo.co.jp/oka_yadokary/26056263.html より Orz〜
2つの有限集合P,Qに対して、d(P,Q)=n(P∪Q)−n(P∩Q) と定義します。
d(A,B)=4,d(B,C)=9,d(C,D)=16 のとき、d(A,D) の最大値・最小値は?
ただし、n( ) は、集合の要素の数を表すものとします。
解答
上記サイトより Orz〜
d(P,Q) は、結局、P,Q のうちの片方だけに属する要素の数になります。
左図の、
黄緑の部分の要素の数をp,黄色の部分の要素の数をq,ピンクの部分の要素の数をr
とすれば、
d(P,Q)=p+q,d(Q,R)=q+r,d(P,R)=p+r だから、
一般に、d(P,R)≦d(P,Q)+d(Q,R) が成り立ちます。
これを使って、
d(A,D)≦d(A,C)+d(C,D)≦d(A,B)+d(B,C)+d(C,D)=29 、
d(D,C)≦d(D,B)+d(B,C)≦d(D,A)+d(A,B)+d(B,C) より、16≦d(D,A)+4+9 、
よって、3≦d(A,D)≦29 になります。
実際、
右上図のように、A⊂B⊂C⊂D のとき、d(A,D)=29 になり、
右下図のように、D⊂A⊂B⊂C のとき、d(A,D)=3 になります。
[背景]
非負性(正定値性):d(P,Q)≧0 ,非退化性:P=Q ⇔ d(P,Q)=0 ,対称性:d(P,Q)=d(Q,P) ,
三角不等式:d(P,Q)+d(Q,R)≧d(P,R) が、成り立ちますので、
本問の定義は「距離」の性質を満たします。
従って、AB=4,BC=9,CD=16 のとき、AD の最大値・最小値を求めるのと同じです。
*距離にデフォルメというか/メタ思考しちゃうところが数学っぽいなぁ♪
ちなみにわたしの野暮ったい奴...
Max d(A,D)...n(A) の最小は0、n(D)の最大を考える...
n(A)=0 のとき...n(B)=4
n(B)=4 のとき...Max n(C)=9+4=13...n(B∩C)=4
n(C)=13 のとき...Max n(D)=16+13=29...n(C∩D)=13
けっきょく...
Max d(A,D)=Max n(D)-0=29
Min d(A,D)...Max n(A)=4, Min n(D)=16-9=7 のときのはず...
n(D)=7 のとき...n(C)=9...n(C∩D)=0
n(C)=9 のとき...n(B)=0...n(B∩C)=0
n(B)=0 のとき...n(A)=4 でありえる!!
けっきょく...
Min d(A,D)=Min n(D)-Max n(A)=7-4=3
最大値・最小値=29・3
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