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理科&数学
難易度:
★★★
KST
2010/08/15 21:27
無限の空間内にある電気回路に、1Ωの抵抗器、1Ωと3Ωの抵抗器を直列につないだもの、1Ωと3Ωと5Ωの抵抗器を直列につないだもの・・・というように、抵抗が奇数の抵抗器を直列につないだものを、さらに並列に、無限につないでいきます。すると、無限に大きい回路ができます。
この回路に6Vの電圧をかけると、流れる電流は何Aでしょう。
【
π<sup>2</sup>A。
】
回答募集は終了しました。
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No.1
π^2[A]
るーびっく
2010/08/15 21:46
状況把握が間違ってなければ…ですが…。
これが正解なら、ゼータ関数の特殊値を知識として持っておかないと、少し難しい気がしますけれどね。sinxのマクローリン展開で証明してるのを見たことあるんですが、イマイチ納得出来てないお兄さんです
(←後で調べたら、別にこれは厳密な証明になっている訳じゃないみたい。)
KST
はい、正解、その通りです。
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No.2
まず、1から連続する奇数の和は平方数となります。 1+3=4. 1+3+5=9. 1+3+5+7=16.…というように。(証明自体は、等差数列の和の公式を考えれば良い。)
つまり、問題で想定されている回路は、1Ω、4Ω、9Ω、16Ω、25Ω…の無限個の抵抗を並列に繋げたものだと見なすことが出来ます。
次に、並列回路に於いて、回路全体の抵抗の逆数は各抵抗の逆数の和になります。
どういうことか具体的に式で表すと、回路全体の抵抗をR、各抵抗の大きさをR[1]、R[2]、R[3]…と置けば、『 1/R=1/R[1]+1/R[2]+1/R[3]… 』が成立する。
この問題では、並列回路を構成する各抵抗は、1Ω、4Ω、9Ω、16Ω、25Ω…でしたから。
1/R=1+1/4+1/9+1/16+…=π^2/6 となる。(←所謂、ゼータ関数の特殊値と呼んだもの。)
これとオームの法則により、回路全体の電流Iは、I[A]=V/R=6*(π^2/6)=π^2[A]
るーびっく
2010/08/15 23:12
No.1の説明も書いておきました
でも、題意を捕え違えているのかもしれません。
ちなみにこの考え方だと「1Ωと3Ωの抵抗器を直列につないだもの、1Ωと3Ωと5Ωの抵抗器を直列につないだもの…」ではなく、「1Ωと2Ωの抵抗器を直列につないだもの、1Ωと2Ωと3Ωの抵抗器を直列につないだもの…」とすると、もっと簡単な知識で求められますよ
KST
詳しい説明もありがとうございます。
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No.3
答えは0
公式から直列につないだ抵抗の全体の大きさ(R)は抵抗の数をnでその時の抵抗の大きさをRnとすると、
R1+R2+R3……Rn=Rです。
でも、今は無限につなげると書かれているので、
R1+……+R∞=Rと表わせます。
とすると、Rの抵抗値は∞になり、オームの法則の公式に当てはめると、
I(電流)=6/∞=0 となります。
Σ
2010/08/16 09:51
自身はありませんが、解答してみました。
KST
抵抗器を並列につなぐと、全体の抵抗はそれぞれの抵抗器の抵抗より小さくなります。なので、抵抗器を無限につないでも、抵抗は無限大にはなりませんよ!
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No.4
R1+R2+……R∞=Rでなく、1+3+5+……∞=Rでした。
本当にすみません。
Σ
2010/08/16 09:55
No.3の訂正です。
KST
どちらにしても、No.3と同じ理由で、不正解です。
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No.5
るーびっく
2010/08/19 03:10
あと、ちょっと自分のに突っ込みを入れておくと…
まぁ実際は導線自体にも抵抗はありますし、抵抗器を無限に繋げるとどんどん導線も長くしなければいけなくなるでしょうから、その分も入れると電流は「0」…と考える方が適切かもですけどね〜…。とだけ言って立ち去ります…。| ミ ダダッ
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No.6
KST
2010/09/10 22:52
それでは、解答者がこれ以上出ないと判断したので、ここでロックさせていただきます。参加して下さった方、本当にありがとうございました。
答えの詳しい算出方法は、
http://ja.wikipedia.org/wiki/
バーゼル問題 を参考にして頂ければいいと思います。
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るーびっく
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