「今月の問題」 第58回 (平成16年7月)

 

右図を見てください。縦、横5cmの正方形に、それぞれ1cmずつ区切った格子があります。
これらの36の格子点の中から4つ選んで正方形を作ることにしました。

ここで問題です。何個の正方形をが出来るか考えて下さい。

(ただし、AとBは、1cmの正方形であるが2個と数えてください。)

 

<正解者一覧表>             
正解者順位     name      メール到着日時     備 考  
 1Michael さん2004/7/1 0:24 
 2 呑ちゃんはカッパなのさん2004/7/1 0:36カッパで酒 
 3フジ27時間 さん2004/7/1 0:40香川県 
 4ゴンとも さん2004/7/1 0:51YMOチルドレン in 豊川市
 5teki さん2004/7/1 8:25大阪府 
 6奥入瀬 さん2004/7/1 1:38東京都 
 7 ろろ さん2004/7/1 9:04神奈川県 
 8経友会の進作 さん2004/7/1 11:24京都府木津町・66歳 
 9モルモット増殖中 さん2004/7/1 11:50モルモット共和国 
10ISAMU さん2004/7/1 12:00三重県 
11巷の夢 さん2004/7/1 12:02 
12あさ ★ さん2004/7/1 15:32千葉県 
13みかん さん2004/7/1 18:20 
14始 受験勉強君 さん2004/7/1 18:54神奈川県 
15N.Nishi さん2004/7/1 23:39大阪府:中学教諭 
16kasama さん2004/7/2 14:58和歌山県プログラマ 
17ちず さん2004/7/3 15:45愛媛県 
18nobu さん2004/7/3 20:47 
19B学生 さん2004/7/4 1:05物理科のくせに微分方程式の解けないダメ学生
20 Xform さん2004/7/4 23:16工学系大学1年生 テニス盛りかも
21 算数の森 さん2004/7/7 15:52兵庫県
22信三 さん2004/7/11 18:01シリコンバレーの住人
23浜田明巳 さん2004/7/15 14:11 
24安楽 さん2004/7/22 15:48 
25あみ〜ご さん2004/7/24 23:46徳島県 
26Ishihara さん2004/7/26 13:36 

答えは、105種類でした。

<呑ちゃんはカッパなのさんより>
25+16×2+9×3+4×4+1×5

 

<ゴンとも(YMOチルドレン in 豊川市)さんより>
先ず、斜めでないものは
1辺が1cmの正方形は25個
2cmは16個,3cmは9個,4cmは4個,5cmは1個
以上より
25+16+9+4+1=55個・・・・・・@
次に斜めのものは
1,1の正方形の対角線を1辺にもつものは16個
2,2の正方形の対角線を1辺にもつものは4個
1,2の長方形の対角線を1辺にもつものは9*2=18個
1,3の長方形の対角線を1辺にもつものは4*2=8個
1,4の長方形の対角線を1辺にもつものは1+1=2個
2,3の長方形の対角線を1辺にもつものは1+1=2個
以上より
16+4+18+8+2+2=50個
これと@とより50+55=105個

 

<teki さんより>
 一般的にn×nの格子点を結んでできる正方形の個数Nは、以下の
式で表せます。
N=n^2*(n^2 -1)/12
n=6を代入すると、N=105

<ろろ さんより>
 傾きのない正方形から小さい順に
5x5+4x4+3x3+2x2+1=55
頂点を一個ずつずらしたダイヤ型が小さい順に
4x4+2x2=20
頂点を一方が2個一方が1個ずらしたものが
3x3x2=18
頂点を一方が3個一方が1個ずらしたものが
2x2x2=8
頂点を一方が4個一方が1個ずらしたものが
1x2=2
頂点を一方が2個一方が3個ずらしたものが
1x2=2
あわせて
55+20+18+8+2+2=105

 

<経友会の進作 さんより>
(1)一辺が整数の場合の個数
   これは斜角度関係なし
   1cm*1cmのもの・・・25
   2cm*2cmのもの・・・16
   3cm*3cmのもの・・・ 9
   4cm*4cmのもの・・・ 4
   5cm*5cmのもの・・・ 1
(2)一辺が√2の整数倍の場合の個数
   これは斜角度関係なし
   √2cm*√2cmのもの・・・・・・16
   2√2cm*2√2cmのもの・・・ 4
(3)一辺が√2の整数倍でない場合の個数
   これは斜角度関係あり。
   斜角度が逆のものがあるので2倍する。
   √5cm*√5cmのもの・・・・・・18
   √10cm*√10cmのもの・・・ 8
   √13cm*√13cmのもの・・・ 2
   √17cm*√17cmのもの・・・ 2
   以上合計105個です。

<B学生 さんより>
 36個の格子を6次の正方行列
a11 a12 a13 a14 a15 a16
a21    …    a26
…    …    …
a61    …    a66
と見立て、i行j列の成分をAijと書くとする。
(1)
4つの角を、縦は同じj列、横は同じi行の成分同士で繋ぎ、4辺は
全て等しい長さの四角形について考える。
これは、1辺の長さがncm(ただし、nは1から5までの整数)の正方
形である。
辺の長さによって5種類の正方形に分けると、
36個の格子内に存在できる正方形の大きさとその数は
5cm → 1
4cm → 4
3cm → 9
2cm → 16
1cm → 25
存在するので、1辺の長さがncmの正方形は55個
(2)
Aijを中心とし、そこから上下左右に等しくmだけ離れた位置に行
列成分が存在する四角形について考える。(mは自然数)
Ai-m j Ai j+m Ai j-m Ai+m j を角とする四角形とな
り、これに対角線を引き、4つの三角形を作る。
この4つの三角形は全て直角二等辺三角形であるから、もとの四角
形は1辺を三角形の斜辺の長さm√2cmとする正方形。
対角線の長さ2mについて、1≦2m≦5 かつ mは自然数であるか
ら、 m=1,2
よって、もとの正方形の1辺の長さは √2,2√2 の2種類。
Aijを中心とし、Ai±1 j±1 または Ai±2 j±2 に成分が
存在するものを取り出すと、
A22〜A25 A32 A35 A42 A45 A52〜A53 には上下左右
等しい距離に1つづつ成分が存在、
A33 A34 A43 A44 は上下左右等しい距離に2つづつ成分が
存在する
つまり、計20個が1辺の長さを m√2 cm とする正方形の数とな
る。
(3)
その他の正方形
(1)の四角形のうち、最も左上に位置する角をAijとする。
1≦n≦3 2≦i≦4 2≦j≦4 3≦i+n≦5 3≦j+n≦5とし、
Ai-1 j Ai j+n+1 Ai+n+1 j+n Ai+n j-1  (i,j,nは全て
自然数)---------@
を線分で繋ぐと、この4点を角とする正方形となる。
【証明】
四角形Ai-1 j Ai j+n+1 Ai+n+1 j+n Ai+n j-1 におい
て、
正方形Aij Ai j+n Ai+n j+n Ai+n j をとり、
三角形Ai-1 j Aij Ai j+n+1
三角形Ai j+n+1 Ai j+n Ai+n+1 j+n
三角形Ai+j+1 j+n Ai+n j+n Ai+n j-1
三角形Ai+n j-1 Ai+n j Ai-1 j
を作る。
4つの三角形は辺の長さが1cm n+1cmの直角三角形なので、二辺挟
角より合同。
また、4つの三角形について、直角以外の2角をP・Qとすると、
180-(P+Q)=90
であるから、もとの四角形は4角全てが直角、合同な三角形の斜辺
が4辺となる、
1辺の長さが√{1^2+(n+1)^2}cmの正方形。@の条件をみたす三角形は15個。
また、Ai j-1 Ai+1 j+n Ai+n j+n+1 Ai+n-1 j
についても同様にすると、15個の正方形がとれる。
よって、取りうる全ての正方形の数は50+25+15+15=105個

<kasama さんより>
 プログラムで調べました。一辺の長さ:個数は、以下の通りでした。
1cm:25個、√2cm:16個、2cm:16個、√5cm:18個、2√2cm:4個、
3cm:9個、√10cm:8個、√13cm:2個、4cm:4個、√17cm:2個、5cm:1個
以上、105個ですね

<Xform さんより>
 1マス分、2マス分・・・5マス分の長さを1辺とする正方形が
25+16+9+4+1=55
そして1マスの対角線でできる正方形、2×2マスの正方形の対
角線でできる正方形が16+4=20
次に2マスの長方形の対角線を1辺とする正方形があり、同様に
3マスの長方形、4マスの長方形と考えると9+4+1=14
ただし、対角線の取り方は2通りだからその2倍の28個。
2×3マスの長方形の対角線でできる正方形を考えると2個。
これらができる正方形のすべてなので、全部足すと
55+20+28+2=105個となります。

<算数の森 さんより>
系統立てて数え上げました。
因みに、本問を一般化した(36個をN×N個にした)問題の答
えは1/12×N×N×(N−1)×(N+1)となりますね。

<浜田 明巳さんより>
 エクセルのマクロで解きました.
Option Explicit
Sub Macro1()
Sheets("Sheet1").Select
Cells(1, 1).Value = 0
Range("A1").Select
'
Dim hen As Integer
Dim j1 As Integer
Dim j2 As Integer
Dim j3 As Integer
For j1 = 1 To 6 - 1
For j2 = j1 + 1 To 6
hen = j2 - j1
For j3 = 1 To 6 - hen
Cells(1, 1).Value = Cells(1, 1).Value + 1
Cells(Cells(1, 1).Value, 2).Value = chouten(j3, j1)
Cells(Cells(1, 1).Value, 3).Value = chouten(j3, j2)
Cells(Cells(1, 1).Value, 4).Value = chouten(j3 + hen, j2)
Cells(Cells(1, 1).Value, 5).Value = chouten(j3 + hen, j1)
Next j3
Next j2
Next j1
'
For j1 = 2 To 6 - 1
For j2 = 1 To Application.Min(j1 - 1, 6 - j1)
For j3 = 1 To 6 - j2 * 2
Cells(1, 1).Value = Cells(1, 1).Value + 1
Cells(Cells(1, 1).Value, 2).Value = chouten(j3, j1)
Cells(Cells(1, 1).Value, 3).Value = chouten(j3 + j2, j1 + j2)
Cells(Cells(1, 1).Value, 4).Value = chouten(j3 + j2 * 2, j1)
Cells(Cells(1, 1).Value, 5).Value = chouten(j3 + j2, j1 - j2)
Next j3
Next j2
Next j1
End Sub
Private Function strr(ByVal n As Integer) As String
strr = Right(Str(n), Len(Str(n)) - 1)
End Function
Private Function chouten(ByVal x, ByVal y As Integer) As String
chouten = "(" + strr(x) + "," + strr(y) + ")"
End Function