答 | |||
図1 | AとBを入れ換えるには横棒が最低1本必要。 |
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図2 | A,B,Cを逆順にするには横棒が最低3本必要。 |
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図3 | A,B,C,DのAだけを一番右に移動させるには 最低3本の横棒が必要。 |
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図4 | 図3の下に別のあみだくじを継ぎ足してB,C,D,Aの B,C,Dの部分だけを逆順にするには図2と同じ位置 関係にある3本の横棒を持つ図4に示すあみだくじが あればよい。 |
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図5 | 図3の下に図4を繋ぎ合わせたものが図5である。 | ||
図6 | A,B,C,D,EのAだけを一番右に移動させるには 最低4本の横棒が必要。 |
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図7 | 図6のB,C,D,E,AのB,C,D,Eの部分だけを逆順に するには図5と同じ位置関係にある6本の横棒をもつ図7 に示すあみだくじがあればよい。 |
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図8 | 図6の下に図7を繋ぎ合わせたものが図8である。 | ||
以上を繰り返して下記のようなあみだくじを作れば、A,B,C,D,E,F,G,H,I,Jの 10個が全て逆順になる。 このときの横棒の本数は、1+2+3+4+5+6+7+8+9=45 より45本 |
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図9 | |||
上記の解法では45本が最低本数であることの証明にはなっていません。 例えば、A,B,C,Dを全て逆順にするあみだくじは図5だけではなく、 下記のようなものでも可能であり、横棒の本数は図5と同じ6本です。 |
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図10 |
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A,B,C,Dを逆順にするためには横棒が最低6本必要である理由は 次のように説明できます。 |
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まず、図5に示したあみだくじのそれぞれの経路を、なめらかな線で 書くと次のようになります。 |
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図11 |
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↓ |
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図12 |
図11のなめらかな線の部分だけを抜き出したものが左図 になります。 |
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↓ |
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図13 |
左図は図12の線を更になめらかにしたもので、あみだくじの 横棒1本が、線と線の1つの交点に対応しています。 横棒のところでは図1で示したように、左右の入れ替え が起こりますので、交点でも左右が入れ替わります。 A,B,C,Dを逆順にするためには、 AとBの入れ替え A⇔B @ AとCの入れ替え A⇔C A AとDの入れ替え A⇔D B BとCの入れ替え B⇔C C BとDの入れ替え B⇔D D CとDの入れ替え C⇔D E が必要ですから、少なくとも6個の交点が必要です。 つまり、横棒は少なくとも6本必要になります。 ※異なる色の線が1度だけ交わる場合が、横棒を 最低本数にしたあみだくじに対応します。 |
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A,B,C,D,E,F,G,H,I,J の10個を逆順にするためには以下の入れ替えが必要になります。 |
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従って、少なくとも必要な横棒の本数は 1+2+3+4+5+6+7+8+9=45 より 45本 |
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