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姉は何歩で追いつける?
難易度:★★★★  
?ひで 2012/01/28 18:34
  姉が4歩で歩く距離をLと置くと
  姉が一歩で歩く距離は…L/4    妹が一歩で歩く距離は…L/5
  と表せる。そして、次に姉と妹の歩く時間の関係ですが、姉が4歩歩く間に妹は3歩歩くので
  妹が1歩歩く間に、姉は4/3歩歩くということが分かる。

  ここで姉が出発してから、妹に会うまでに妹が歩く距離をaとする。
  そして、姉の歩く距離は4/3aで表すことができる。
  しかし、妹はこのaの距離を3歩毎に1歩休むので…
  場合分けが必要になる

  ・妹が歩いた距離a歩が3の整数倍の場合
   妹が休む回数は (a/3 – 1)で表せる。例えば妹が15歩歩いたとしたなら、1歩休む回数は
   3歩目、6歩目、9歩目、12歩目の4回になる。15歩も入るが、もし15歩で二人が会った
   なら、1歩休む必要はないので、(a/3 – 1)と表せる。
   妹が姉と会うまでに歩いた距離は (320+a)×L/5で表せる。この距離が
   (4a/3+(a/3 – 1)× 4/3 )×L/4に等しいので
   
   (320+a)×L/5 = (4a/3+(a/3 – 1) × 1 × 4/3 )×L/4  を解く。
   距離Lは消せるので、展開して整理すると
   
   1280+4a = 20a/3 + 20a/9 -20/3
   11580 = 44a となり、aが求まるが、aは263.1818.....と循環小数になるので有り得ない。
   つまり、a歩は3の整数倍でない。   


  ・妹が歩いた距離a歩が3の整数倍でない場合
   妹が休む回数は[a/3]で表せる。例えば妹が14歩歩いたとしたなら、1歩休む回数は
   3歩目、6歩目、9歩目、12歩目の4回になるが、aが3nの時のように、綺麗に割れない。
   14/3=4.6666......と循環小数で表せるが、休む回数は必ず自然数である必要があるので、
   ガウス記号を用いることで、[14/3]= 4となる。
   上の場合と式の立て方は同様なので、式は
   
   (320+a)×L/5 = (4a/3 + [a/3]× 1 × 4/3) × L/4
   Lを消し、展開し簡単にする
   
   1280 + 4a = 20a/3 + [a/3]×20/3
   3840 + 12a = 20a + 20[a/3]
   8a = 3840 – 20[a/3] 
   2a = 960 – 5[a/3]  
   
   となる。この式を満たすaを求めればいいので、aに色々当てはめる。
   a = 200 を入れてみると   
        400 = 960 – 5[200/3]= 630  となるので不当
   a = 400を入れてみると
        800 = 960 – 5[400/3]= 295  となるので不当
   しかし、aの値が200< a <400ということが分かる。

   a=250を入れてみる
        500 = 960 – 5[250/3]= 545  不当。しかし、近づいているのでaは250付近
   a = 260を入れてみる
        520 = 960 – 5[260/3]= 530
   a = 265を入れてみる
        540 = 960 – 5[265/3]= 520   260< a <265 ということが分かる   
   a = 262.5を入れてみる
        525 = 960 – 5[262.5/3]= 525 
   
   つまり、a =262.5の時に二人は会うことになる。
   aは妹が姉と会うまでの距離で、姉が歩いた距離は4a/3で表せれたので
   262.5 × 4/3 = 350 

   よって姉が妹に追いつくまでに歩いた歩数は350歩である。
   
Answer姉が妹に追いつくのは姉が350歩歩いた時。
■
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