■ピザの分割(その1)
(問)1つの円をn本の弦で分割する.その際,分割によってできる領域が最も多くなるようにする.最大分割領域数Snはいくつになるか?
(答)ピザをnスライスしたときの最大ピース数を求めよという問題ですが,この問題は実は円という条件を取り去っても同じ答えになります.すなわち,平面をn本の線で分割する.その際,分割によってできる領域が最も多くなるようにする.最大分割領域数Snはいくつになるか?
ピザを中心を通るように3カットすると6切れになりますが,底氏ずらすと7切れできます. 分割される領域数が最大になるためには,新しい線(弦)を引くとき,それ以前のすべての線(弦)と新しい交点で交わるようにします.既存の交点を通ると分割される領域が最大数にならないからです.
S0=1,S1=2,S2=4,S3=7
はすぐに求められます.このことからn本目の線(弦)を引くと新しい領域がn個増えることがわかります.これを式で表すと
Sn=Sn-1+n
Sn=Sn-1+n
Sn-1=Sn-2+n−1
・・・・・・・・・・
S1=S0+1
S0=1
を辺々加えると,一般式
Sn=1+(1+2+3+・・・+n)=1+n(n+1)/2
=(n^2+n+2)/2
が得られます.すなわち,一般公式ではn回切った場合,
n(n+1)/2+1=(n^2+n+2)/2
個の断片ができます.
S0=1,S1=2,S2=4,S3=7,
S4=11,S5=16,S6=22,S7=29,
S8=37,S9=46,S10=56,・・・
と続くというわけです.
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【1】もうひとつのバージョン
(問)平面をn本の線で分割する.その際,分割によってできる領域が最も多くなるようにする.最大分割領域数Snはいくつになるか,のもうひとつの答は
Sn=(n,0)+(n,1)+(n,2)=(n^2+n+2)/2
この公式はn本のカットから,それぞれ0本,1本,2本のカットを選ぶ,切り口はその選び方の順序にはよらないので2で割る,と同値であると解釈されます.
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