問題15166・・・やどかりさんのブログ https://blogs.yahoo.co.jp/oka_yadokary/38217876.html#38217876 より Orz〜
図のように、平面をn本の直線で分割すると最大※1 (n2+n+2)/2 個の領域に分かれます。
同様に、空間をn枚の平面で分割すると最大※2 an 個の領域に分かれるものとして、
an≧1000 を満たす最小の自然数nは? また、そのnについて、an=?
※1 …… どの2直線も1点で交わり、その点を通る直線が他にない場合です。
※2 …… どの3平面も1点で交わり、その点を通る平面が他にない場合です。
解答
k枚の平面で 空間が ak 個の領域に分かれている状態で、※2の条件で平面を1枚増やせば、
もとのk枚の平面との交線k本が※1の条件で 増やした平面上に存在します。
従って、増やした平面は (k2+k+2)/2 個の領域に分かれ、
領域のそれぞれが 空間の1つの領域を2つに分割しますので、(k2+k+2)/2 個増えます。
つまり、ak+1−ak=(k2+k+2)/2 です。
ak+1−ak=k(k+1)(k+2)/6−(k−1)k(k+1)/6+1 、
k=1,2,3,……,n−1 として加えると、 an−a1=(n−1)n(n+1)/6−0+(n−1) 、
a1=2 だから、an=(n−1)n(n+1)/6+(n+1)=(n2−n+6)(n+1)/6 です。
n3/6≒1000 とすれば n≒18 ですので、
a18=(182−18+6)(18+1)/6=312・19/6=988 、
a19=(192−19+6)(19+1)/6=348・20/6=1160 を求めれば、
n=19 ,a19=1160 です。
[参考]
平面をn本の直線で分割すると最大 (n2+n+2)/2 個の領域に分かれる理由は、
直線が0本のときの分割の数が1で、
n本目の直線を描いたときに、それまでの直線と n−1 点で交わり、
n本目の直線は 半直線と線分合わせてn本に分かれ、
それが、n本目の直線を描いたときに増える分割の数ですので、
1+交点の数+直線の数 が分割の数で、1+nC2+n だからです。
同様に、空間をn枚の平面で分割するときの最大の領域の数は、
平面が0枚のときの分割の数が1で、
n枚目の平面を描いたときに、 (n2+n+2)/2 個、
すなわち 平面の数+交点の数+直線の数 の領域が増えますので、
1+交点の数+交線の数+平面の数 が分割の数で、
1+nC3+nC2+n です。
*わたしゃ...アナロジーで...^^;
a(n)=nC3+nC2+nC1+1 =n(n-1)(n-2)/6+(n^2+n+2)/2 =(n^3+5n+6)/6 a(18)=988 a(19)=1160
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