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ハロー(全国全時間帯対応)初めまして初記事です。
ほんとは初記事に別の奴を出そうと思ってたのですが、なかなか投稿できるまだ完成しきらなくてしびれを切らして先に簡単な記事を上げることにしました。全然凝った記事じゃないので気軽に読んでってください。
正多角形作問
謎の前置き
中学受験でよく嫌われていた定番問題.....それは、『タイル敷き詰め問題(tillig問題)』。この嫌味な問題を前にすると受験生に吐き気と頭痛、腹痛、腰痛、絶望感すべてを催すとさえ言われている...。(諸説なし)
しかし、この問題に夢と希望と多少の下心(?)を抱いたアルキメデスは女性の下着を片手(?)に研究に没頭し、ついに見つけ出したのは、正多角形である平面を隙間なく敷き詰める(これをこれからは平面充填と言う)のは、二種類以上の正多角形を用いた場合を含めて、全部で11種類しかないというのを発見した。(これをアルキメデスの平面充填と呼ぶそう)
そしてここに、それを用いた問題が生誕された。
問題文
問.$a,b,c$を3以上の整数とし$ a≠b,a≧c$とする。正$ a$角形において、その内部を異なる二種類の正$b $角形と正$ c$角形で重複なく、また隙間なく敷き詰めるとき、$a+b+c $の最小値を求めよ。
考える時間は地球に隕石が降ってくるまでは与えます。下に解説
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解答解説
実はポロロッカにこの問題のeasy版を投稿していたりします。
(計算して求めたりする問題と違って完全に思考力を試す問題なので解説に言葉足らずなところが多々出てくると思いますが、ご容赦願います)
まず、証明はめんどくさいので省きますが正多角形を異なる二種類で平面充填できるのは全部で四パティーン(正三角形と正方形、正三角形と正六角形、正三角形と正十二角形、正方形と正八角形の計四つの場合)あります。つまり、$b$と$c$の組の候補はこの四つに絞られたというワケです。次に、この四つの候補が正$a$角形内に綺麗に収まるか否かを検討に検討を重ね、検討することを加速します。$b+c$の最小値は正三角形と正方形の場合なのでそこから考えていくと、正三角形と正方形で作れる正多角形と言うのは正十二角形しか存在しません。これは問題の条件をすべて満たしているので、最小値候補としてまず$(a,b,c)=(12,3,4),(12,4,3)$が挙げられます。(つまり$a+b+c=19$)
次に小さいのは正三角形と正六角形の場合なので、正三角形と正六角形で作れる正多角形と言うと、正六角形だけです。なーんて、言わないでくださいね。もうひとつあります。それは正三角形ですね。正三角形を、$9$個の正三角形に分割した形(ピラミッドみたいなやつ)を思い浮かべると、真ん中に正六角形が見えてきます。これですべての条件を満たすのは$(a,b,c)=(3,6,3)$だけです。($a+b+c=12$)
残りの調べてない$b,c$がそれぞれ正三角形と正十二角形の場合、正四角形と正八角形の場合の二つですが、いずれも$b+c>12$なので、これより小さい値はないということで、答えは$a+b+c=12$でした。
厳密な議論には程遠い解説でしたが、よりよい解説があればください。
最後に
頭ガチガチな人にはちょっぴりつらい問題でしたでしょうか?ぜひお遊び感覚で友達などに出してみてください。
あと、どのAIに訊いても必ず(個人調査では)間違えてくれる問題ですので、問題をコピペしてChatGPTやGoogleAIモードで聞いてみてください。滑稽です()