2026年6月14日日曜日

区別できない4個の玉を、区別できない2組に分ける組み分けの数

以下は、ここをクリックした先の問題の解答です。

【問1】
 区別できない4個の玉を、(各組に1個以上は入れて)A組とB組に分ける組み合わせは何通りあるか。

【問2】
 区別できない4個の玉を、(各組に1個以上は入れて、組の区別なく)2つの組に分ける組み合わせは何通りあるか。

【問3】
 区別できない6個の玉を、(各組に1個以上は入れて)A組とB組とC組に分ける組み合わせは何通りあるか。

【問4】
 区別できない6個の玉を、(各組に1個以上は入れて、組の区別なく)3つの組に分ける組み合わせは何通りあるか。

 以下、各問毎に解答する。
【問1】
 区別できない4個の玉を、(各組に1個以上は入れて)A組とB組に分ける組み合わせは何通りあるか。

【解1】
 区別できない4個の玉の組み分けは、一列に並べた4個の玉の間の3つのすき間のうちの1つを選んで仕切りを入れて、その仕切りの前にある玉をA組の玉とし、仕切りの後ろにある玉をB組の玉とすることで組分けする。


その3つのすき間の選び方が3つあるので、A組とB組への組み分けが、3つ作れる。
よって、A組とB組への組み分けの数は3通りできる。
(解1おわり)

【解2】
 問1の解1における4個の玉を、下図の赤矢印に対応させて、組Aと組Bとの分けるために選ぶすき間を、組A用の横線から組B用の横線に経路を遷移する青矢印に対応させる。そうすると解1の解き方の問題が、下図の、点aから点bまでの経路を求める問題に置き換わる。

その点aから点bまでの経路が3つあるので、A組とB組への組み分けが、3つ作れる。
よって、A組とB組への組み分けの数は3通りできる。
(解2おわり)

【問2】
 区別できない4個の玉を、(各組に1個以上は入れて、組の区別なく)2つの組に分ける組み合わせは何通りあるか。

【解1】
 問1でA組とB組に分けた組み分けは、組名のAとBを付け替えると同じ順列になる2つの順列は、組の区別がない2組に分ける場合は、同じ組み分けになる。すなわち、問1でA組とB組に分けた、下図で(左右対称ではない)2つの順列は、順列の左右を反転させると互いに重なる。この2つの順列は、組の区別がない2組の分け方では、同じ1つの分け方である。

上図で、左右対称な1つの順列は、組名のAとBを付け替えても、順列が変わらない。つまり、順列の左右を反転させても変わらない(自分自身の重なる)。この1つの順列は、組の区別がない2組の分け方でも、1つの分け方と数えられる。
 ゆえに、組の区別がない2組の分け方では、
以上の通り、左右対称ではない組み分けが1つと、左右対称な組み分けが1つとの、合わせて2通りの組み分けができる。
(解1おわり)

【解2】
 区別できない4個の玉を組み分けするとき、玉の数によって、組の特徴を把握できる。
(3個と,1個)の組み分け、
(2個と,2個)の組み分け、
とができる。
よって、合わせて2通りの組み分けができる。
(解2おわり)

【問3】
 区別できない6個の玉を、(各組に1個以上は入れて)A組とB組とC組に分ける組み合わせは何通りあるか。

【解1】
 先ず、問2の6個の玉のうちの3つを、組Aと組Bと組Cに1つずつ割り当てる。残った3つの玉を、下図の赤矢印に対応させて、3つの玉の各組への割り当てを、組Aと組Bと組Cの分けるために選ぶすき間を、組A用の横線から組B用の横線に経路を遷移する青矢印とに対応させる。そうすると、問3が、下図の、点aから点bまでの経路を求める問題に置き換わる。

その点aから点bまでの経路が10個あるので、A組とB組への組み分けが、10個作れる。
よって、A組とB組への組み分けの数は10通りできる。
(解1おわり)

【問4】
 区別できない6個の玉を、(各組に1個以上は入れて、組の区別なく)3つの組に分ける組み合わせは何通りあるか。

【解1】
 A,B,Cの入れ替えで移り変わる順列を、合わせて1つの順列とみなす。

移り変わる順列を数えると、3組ある。
よって、3通りの組み分けができる。
(解1おわり)

【解2】
 区別できない6個の玉を組み分けするとき、玉の数によって、組の特徴を把握できる。
(4,1,1)の組み分け、
(3,2,1)の組み分け、
(2,2,2)の組み分け、
とができる。
よって、合わせて3通りの組み分けができる。
(解2おわり)

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