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整数比にしよう!
難易度:
★★★★
タングース
2008/01/08 14:48
点と点を結ぶすべての線の長さが
すべて整数比で表せる直方体はあるでしょうか。
あれば体積が1番小さい直方体の3辺の長さを、
なければ証明を書いてください。
【
この条件の場合
1つの面には偶数の辺は1つだけということが証明できます。
(それぞれの辺を4で割った余りで場合分けするとできる)
1つの面が偶数×奇数でできているという前提で3面を合わせると
奇 偶
ーーーーーー
偶 | 奇
奇|偶
となって矛盾する
よってこのような直方体は存在しない
】
回答募集は終了しました。
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No.1
この様な直方体は出来ません
まず底面の四角形でたとえると2辺と対角線の比を3:4:5にして対角線をこの内の5にしなくてはなりません。この条件で直方体はどうやっても作れません。
s
2008/01/08 15:17
説明不足でしょうか?
タングース
例えば5,12,13や8,15,17などもあります。(無限にあります)
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No.3
Answer:できない。
線が全て整数比となるには縦,横,高さ全てが整数であり、また対角線も全て整数になればよい。
3辺をa,b,cとする(a,b,cは整数)
a^2+b^2=d^2(^2は2乗を表してます)
b^2+c^2=e^2
c^2+a^2=f^2
a^2+b^2+c^2=g^2になればよい。
(d,e,f,gもまた自然数)
上の式を移項して、
a^2=d^2−b^2
b^2=e^2−c^2
c^2=f^2−a^2
→d^2−b^2+e^2−c^2+f^2−a^2=
g^2
=d^2+e^2+f^2=2g^2
よって、d^2+e^2+f^2は偶数となる。
したがって、d,e,fのうち1つが偶数(@)か、全てが偶数(A)となる。
@1つのとき
d=2pとする。(pは自然数)
a^2+b^2=4p^2
よって、a,bは両方偶数(T)か両方奇数(U)となる。
T偶数のとき
a=2x b=2yとする。
4x^2+4y^2=4p^2
x^2+y^2=p^2
よって、これらを満たす自然数a,b,dは存在しない。
(a,b,dが無限に2の約数を持つため)
U奇数のとき
a=2x+1 b=2y+1
4x^2+4x+1+4y^2+4y+1=4p^2
x^2+x+y^2+y+1/2=p^2
自然数を2乗しても自然数なので1/2という数は出てこない。
よって、これを満たす自然数a,b,dは存在しない。
A全てが偶数の時
d=2p,e=2q,f=2rとする。(p,q,rは自然数)
a^2+b^2=4p^2
↑以下@に同じ
@Aより全てを満たす自然数は存在しない.
証明(終)
KID
2008/01/08 21:24
かなり長くなってすいません
問題の意味があってるかどうか自信ない
タングース
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No.4
9*12*12
最小の自信がないけど
ごんた
2008/01/09 12:46
とりあえず
タングース
12の2辺でできる正方形の斜辺が無理数です。
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No.5
ヒミツ
s
2008/01/09 17:49
見にくくてすいません
これでいいでしょうか?
タングース
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No.6
TAT
2008/01/11 00:23
まだ答えはわかっていませんが
もしそういった三辺があれば、飽くまで比が整数なので
三辺の長さは比を守っていればいくらになってもいいですよね?
ということは最も体積の小さい三辺というのは限りなく0に近くなって
最小というのは答えられないと思うのですが・・・。
これがもし意図されたものなら、背理法でそういった三辺は存在しないと
いうことになってしまいますが、どうでしょうか?
ミスなら訂正をお願いします、失礼を申しあげました。
タングース
すべての直線が整数cmになるようにしてください。
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No.7
いわゆる「完全直方体」(辺の長さ,面対角線,立体対角線がすべて整数になる直方体)はまだ発見されていない,しかし存在の否定ができない非常に(その手の分野では)有名な未解決問題なのですが……(コンピュータでもリサーチできていない)
もし見つかった(あるいは非存在が証明できた)とすれば大発見ですよ。
ちなみに。
1)面対角線までなら整数(立体対角線は除く)の例:3辺が44,117,240
2)辺と立体対角線だけが整数(面対角線は除く)の例:3辺が3,4,12
というのはありますね。
これは比較的見つけやすい(手でも10個ぐらいは計算できる)のですけど・・・
(T)
2008/01/11 16:57
ちょいと気になったので,ながーく囁きます。
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タングース
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No.8
底面の縦をXp、横をYp、高さをZpとする。例えば、Xを3と置くとYは4となる。このとき底面の対角線は5pとなる。すると、高さZは、底面の対角線から三平方の整数比を出すと、5:12:13があてはまるので、Zは12pとなる。しかし、Xを含む側面から高さZをだすと、3:4:5でしかあてはまらないので、Zは4pとなり、同様にYを含む側面からZは3pとなる。
このように、一つの辺の長さを決めると、それに応じた三平方の整数の比の値も限定されてしまい、必ず矛盾が生じてしまう。
よって、すべて整数比で表せる直方体はない。
visnu
2008/01/11 17:22
これでいいかな?
タングース
後半が曖昧かと思いますが・・・。
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No.9
1 1 1
akiyama
2008/01/17 21:39
・・・・・・
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タングース
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No.10
ない。(たぶん。)
立方体の一面だけを観ると対角線の長さが、縦(x)の2乗+横(y)の2乗=√(z)に成ってしまうから。 三角錐ならすべての辺の比が1でOKですが四角柱ではムリだと思います。
autumn
2008/01/18 00:42
フェルマーと竜。(あんまり意味ナシ)
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タングース
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No.11
問題の条件を満たすa×b×dの直方体が存在すると仮定するならば、
(a = 縦、b = 横、d = 高、c = 底面の対角線の長さ)
a^2+b^2=c^2 ・・・@
a^2+b^2+c^2=d^2 ・・・A
この2つの式を満たす整数a,b,c,dが存在する。
@、Aより
2c^2=d^2 ・・・B
両辺を平方して
√2*c = d
となり、これはc,dが整数であることに反する。
よって、問題の条件を満たす直方体は存在しない。
キト
2008/03/09 18:07
これは、完全に勘違いしている解答なんですが。
囁きの修正はできないようなので、一応、再投稿しておきます。
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タングース
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No.12
タングース
2008/03/16 13:45
そろそろロックしておきます。
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No.13
タングース
2008/03/16 13:56
あと、答えはあくまで一例ですし、
あってないかもしれません…。
このクイズのヒント
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s
KID
ごんた
TAT
(T)
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visnu
akiyama
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キト
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