場合の数の問題
正方形を、たての線 1 本と横の線 1 本で、同じ大きさの 4 つの小さな正方形に分けます。左上の部分を A、右上の部分を B、右下の部分を C、左下の部分を D とします。A と B、B と C、C と D、D と A はそれぞれ辺で接していて、A と C、B と D は 1 点で接しているだけです。この 4 つの部分を、赤・青・黄の 3 色のうちのどれか 1 色でぬります。辺で接している部分どうしは異なる色でぬり、1 点で接しているだけの部分どうしは同じ色でも異なる色でもよいものとします。同じ色を何回使ってもよく、使わない色があってもよいとき、ぬり方は全部で何通りありますか。
この問題で使うもの
ヒント
行き詰まったら、上から順に 1 つずつ開いてください。
ヒント 1
辺で接していない A と C に注目し、「A と C が同じ色」の場合と「A と C が異なる色」の場合に分けて考えましょう。
ヒント 2
B と D は、どちらも A と C の両方と辺で接しています。A と C が同じ色なら B と D の色はそれぞれ 2 通り、異なる色なら残りの 1 色だけになります。
ヒント 3
A と C が同じ色のときは 通りです。A と C が異なる色のときも同じように計算して、2 つの場合をたしましょう。
答えと解説
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解説を読む
A と C は辺で接していないので、同じ色の場合と異なる色の場合に分けて考えます。
(1) A と C が同じ色のとき
A の色は 3 通りあります。C は A と同じ色なので 1 通りです。
B は A とも C とも辺で接していますが、A と C は同じ色なので、B はその 1 色以外の 2 通りです。
D も同じように A と C の色以外の 2 通りです(B と D は 1 点で接しているだけなので、同じ色でもかまいません)。
よって
(2) A と C が異なる色のとき
A の色は 3 通り、C は A 以外の色で 2 通りです。
B は A とも C とも異なる色にしなければならないので、残りの 1 色の 1 通りです。
D も A とも C とも異なる色なので、残りの 1 色の 1 通りです。
よって
(1), (2) より、ぬり方は全部で
です。
別解
A, B, C, D は A-B-C-D-A の順に辺で接していて、輪のようにつながっています。A と C、B と D は同じ色でもよいです。
A と C の色の関係で場合分けします。
(1) A と C が同じ色: A の色を 3 通りから選ぶと C も決まる。B は A と同じ色にできないので 2 通り、D も A と同じ色にできないので 2 通り(B と D は接していないので同じ色でも違う色でもよい)。 通り。
(2) A と C が違う色: A は 3 通り、C は A と違う色で 2 通り。B は A とも C とも違う色なので残りの 1 色の 1 通り。D も同様に 1 通り。 通り。
合計 通り。
検算: B と D の色で場合分けしても、まず A を 3 通りとし、B, D, C を決めると、同じく 18 通りになります。