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次元の門
難易度:★★★★★  
?I.T 2014/05/20 19:29
1次元
数直線上において、点Pをかんがえる。
はじめPは0の位置にある。
Pは「n回目の移動では2^(n-1)だけ動く」、「移動する方向は正か負か、ランダムにきまる」という条件を満たしながら何回か移動する。
一回の移動では、1 か -1 にいる。
さて、14回移動するとき、一度だけ2014に止まる移動の仕方は何通りか。



2次元
ある直角三角形の、斜辺でない一つの辺の長さが2014であるという。
ほかの辺の長さも自然数であるとき、もう一方の斜辺でない辺の長さとしてあり得るものをすべて求めなさい。



3次元
1辺の長さが1の正四面体の各頂点を結ぶ道をつくる。どの2頂点も互いに道でつながっているとする。
道の長さが最短となるとき、この道の長さを求めなさい。



4次元
1つの線分の両端の点から合同な線分を生やし、その端点同士をつなげたものが正三角形である。
1つの正三角形の各辺から合同な正三角形を生やし、その辺同士をつなげたものが正四面体である。
1つの正四面体の各面から合同な正四面体を生やし、その面同士をつなげたものが正五胞体である。
(察してくれると助かります)

正五胞体には10の面があり、この面を塗り分ける。ただし、
1つの面は1つの色で塗る」
辺を挟んで隣り合った面は違う色で塗る」
使う色は5色または6色とし、5色使う場合も6色の中から5色選ぶ必要はない。(色の選び方は1通り)」
という条件を満たすものとする。
何通りの塗り方があるでしょうか。
回転させて同じになるものは合わせて1つと数えてください。
回転はこの図形の存在する4次元空間を超えないものとします。



7次元
xについての7次方程式x^7+18x^5+2x^4+90x^3+18x^2+33x-54=0の解をすべて求めなさい。
Answer一次元:0通り。移動は最初の一回を除きすべて偶数です。したがって偶数の点には止まりません。

二次元:1014048,53352,19080,2448。2014^2+a^2=b^2とすると、2^2*19^2*53^2=(b-a)(b+a)となります。
b-aとb+aの偶奇は一致するので、(b-a,b+a)=(2,2028098),(38,106742),(106,38266),(722,5618)よりa=1014048,53352,19080,2448となります。

三次元:√2/2+√3。最短になるとき、中継点を挟んだ道のなす角は必ず120度になります。また、頂点から二本以上の道を引く場合は、頂点を挟んだ道の角度は必ず120度以上になります。よって、中継点の個数は最大で(頂点の個数-2)個となります。
これはあくまで必要条件ですが、正四面体ABCDの場合、重心をGとして、三角形GABにおいて、角AEB=120度となる点Eをとり、三角形GCDにおいて、角CFD=120度となる点Fをとり、AE,BE,EF,CF,DFを結べば、条件を満たせるのがこれしかないため最短だとわかります。

四次元:1092通り。隣り合う面の関係だけつかめれば十分なので、四面体ABCDとその内部の点Gを考えれば、内側に4つ、外側に1つ四面体ができ、これらの面の位置関係は五胞体と同じようになっていることがわかります。ただし、立体的に考えると、内側の四面体は反転していることに注意します。
5色のとき、すべての色が2面ずつあり、5つの四面体ですべて色の組み合わせが違う必要があることがわかります。色1がない四面体を固定すると、この四面体の色の配置は2通りです。底面から内側に向かって生えている四面体について、色1の位置は3通りあり、これを決めるともう一つの色1の面が決まります。底面の色を色2とすれば、もう一つの色2の面は2通りあり、これを決めると残るすべての面の色が決まります。以上から2*3*2=12通りです。
6色の時、2色が1面ずつで、残り4色が2面ずつあることがわかります。一面ずつしかない二色の選び方は15通り。一面ずつしかない二色が隣り合わないとき、5色のときの1色を二つに分けることを考えれば、24通り。一面ずつしかない二色が隣り合うとき、二面ずつある4色のみで構成される四面体が二つできます。この二つは、一つの面を共有して、残りの面の色の配置の向きが逆になっています。したがってこの4色で構成される四面体を外側に、色の回りも固定すると、色の配置は1通り。もう一方の四面体が内側のどこにあるかで4通り、このとき色の配置は2通り。この二つの四面体が共有してる面の色のもう一つの面は3通り。残り二面が一面ずつある二色になるので、配置は2通り。よって48通り。
以上から6色の時15*(24+48)=1080通り。

7次元:(x^2-x+9)(x^2+x+1)(x^3+9x-6)=0と因数分解できます。詳細はコメントにてすこしずつ...
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