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【解答・解説】2026年 麻布大学 第Ⅰ期D日程 数学 第3問

公開 更新

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7個の文字 a, a, a, b, b, c, da,\ a,\ a,\ b,\ b,\ c,\ d について考える。

(1)7文字をすべて並べるとき,並べ方は全部で モヤユ\boxed{\text{モヤユ}} 通りある。 このうち bb が隣り合わない並べ方は ヨラリ\boxed{\text{ヨラリ}} 通りあり,同じ文字どうしが隣り合わない並べ方は ルレ\boxed{\text{ルレ}} 通りある。

(2)7個の文字の中から4個の文字を取り出して並べる。このとき,1列に並べる方法は ロワン\boxed{\text{ロワン}} 通りあり,円形に並べる方法は あい\boxed{\text{あい}} 通りある。

重要知識と着眼点

(1)同じ文字を区別せず、隣り合う条件を整理する

同じものを含む順列

全部で nn 個のもののうち、同じものがそれぞれ pp 個、qq 個、\ldots あるとき、1列に並べる方法は

n!p!q!\frac{n!}{p!q!\cdots}

通りである。 同じものを一時的に区別して数えた後、同じ並べ方を重複して数えた回数で割る。

指定したものが隣り合う並べ方の数え方

隣り合うものを1つのかたまりとして並べる。 かたまりの中の並べ方も数える。

bb が隣り合わない並べ方は、全体から bbbb を一つのかたまりにした並べ方を引くと求められます。

同じ文字どうしが隣り合わない条件では、aa の隣接も避けなければなりません。 先に b,b,c,db,b,c,d を並べ、その前後と間にできる5か所のすき間から3か所を選んで、aa を一つずつ入れます。 これで aa どうしは隣り合いません。 ただし、もとの bbbb の間に aa を入れなかった並べ方は、最後にも bb が隣り合ったままです。 この分を引きます。

例えば、b,b,c,db,b,c,d の順なら、aa を置けるすき間は次の5か所です。

 b  b  c  d \square\ b\ \square\ b\ \square\ c\ \square\ d\ \square

このうち、二つの bb の間の \squareaa が入らないと、bb が隣り合ったままになります。

(2)取り出した文字の個数の内訳で分ける

4文字の内訳は、次の4種類に分かれます。

同じ文字の個数 具体例
3+13+1 aaabaaab
2+22+2 aabbaabb
2+1+12+1+1 aabcaabc
1+1+1+11+1+1+1 abcdabcd

aa は3個、bb は2個まで使えますが、c,dc,d は1個ずつです。 内訳ごとに「どの文字を使うか」と「どう並べるか」を分けて数えましょう。

円形に並べる場合の数(円順列)

異なる nn 個を円形に並べ、回転して重なる並べ方を同じとすると、(n1)!(n-1)! 通り。 1個の位置を固定し、残りを並べる。

円形に並べる場合も、1個しかない文字を固定できれば、その位置から残りを並べます。 ただし aabbaabb には1個だけの文字がありません。 この場合は、aa どうしが隣り合う配置と、a,ba,b が交互になる配置を直接数えます。 同じ文字を含むので、1列の並べ方を一律に4で割る方法は使えません。

補足円形の並べ方を4で割れない理由

円形の aabbaabb を切って1列にすると、aabb,abba,bbaa,baabaabb,abba,bbaa,baab の4通りが得られます。 一方、交互の配置 abababab では、abab,babaabab,baba の2通りしか得られません。 回転による重複の回数がそろわないので、全体を一律に4で割ることはできません。

解答

(1)

全部の並べ方は

7!3!2!=420 通り.\frac{7!}{3!2!}=\boxed{420}\text{ 通り}.

bb が隣り合う並べ方は、bbbb を一つのかたまりとみて、bb,a,a,a,c,dbb,a,a,a,c,d の6個を並べるので

6!3!=120 通り.\frac{6!}{3!}=120\text{ 通り}.

したがって、bb が隣り合わない並べ方は

420120=300 通り.420-120=\boxed{300}\text{ 通り}.

次に、b,b,c,db,b,c,d を並べてから、5か所のすき間のうち3か所に aa を一つずつ入れる。 aa どうしが隣り合わない並べ方は

4!2!(53)=120 通り.\frac{4!}{2!}\binom53=120\text{ 通り}.

このうち bb が隣り合ったままになるのは、b,b,c,db,b,c,d の段階で bbbb が隣り合い、その間に aa を入れない場合である。 bb,c,dbb,c,d の並べ方は 3!3! 通り。 bbbb の間を除いた4か所のすき間から3か所を選ぶので、

3!(43)=24 通り.3!\binom43=24\text{ 通り}.

よって、同じ文字どうしが隣り合わない並べ方は

12024=96 通り.120-24=\boxed{96}\text{ 通り}.

モヤユは 420420、ヨラリは 300300、ルレは 9696

(2)1列に並べる場合

取り出した4文字に含まれる同じ文字の個数によって、次の四つに分ける。

同じ文字を3個と、別の文字を1個使う場合

3個使う文字は aa だけで、残りの1文字は b,c,db,c,d の3通り。 1組当たりの並べ方は 4!/3!=44!/3!=4 通りなので、3×4=123\times4=12 通り。

異なる2種類の文字を2個ずつ使う場合

使う文字は aabbaabb の1組だけなので、4!/(2!2!)=64!/(2!2!)=6 通り。

同じ文字を2個と、それ以外の異なる2種類の文字を1個ずつ使う場合

2個使う文字は a,ba,b の2通り。 残り3種類から2種類を選ぶので、文字の選び方は 2(32)=62\binom32=6 通りである。 1組当たりの並べ方は 4!/2!=124!/2!=12 通りだから、6×12=726\times12=72 通り。

異なる4種類の文字を1個ずつ使う場合

使う文字は abcdabcd の1組だけなので、4!=244!=24 通り。

したがって、

12+6+72+24=114 通り.12+6+72+24=\boxed{114}\text{ 通り}.

(2)円形に並べる場合

回転して重なる並べ方を同じとし、1列に並べたときと同じく、使う文字の個数によって分ける。

  • 同じ文字を3個と別の文字を1個使う場合:1個だけの文字を固定すると、残りはすべて aa。文字の選び方が3通りなので、33 通り。
  • 異なる2種類の文字を2個ずつ使う場合:a,a,b,ba,a,b,b が円周上にこの順に並ぶ場合と、a,b,a,ba,b,a,b が交互に並ぶ場合の 22 通り。
  • 同じ文字を2個と、それ以外の異なる2種類の文字を1個ずつ使う場合:1個だけの文字の一方を固定すると、残りの並べ方は 3!/2!=33!/2!=3 通り。文字の選び方は6通りなので、1818 通り。
  • 異なる4種類の文字を1個ずつ使う場合:1文字を固定して、3!=63!=6 通り。

よって、

3+2+18+6=29 通り.3+2+18+6=\boxed{29}\text{ 通り}.

ロワンは 114114、あいは 2929

問題データ

関連分野
なし
難易度の目安
C(やや難)
目標時間
20

講評

同じものを含む順列に、隣接条件と円順列を組み合わせた問題です。 場合分けを自分で整理する必要があるため、難易度はC、目標時間は20分です。

(1)の最初の二つは基本的な処理で得点できます。 同じ文字どうしが隣り合わない並べ方では、先に aa の条件だけを満たし、残った bbbb の隣接を除くと整理しやすくなります。 「すき間に入れる」方法を使った後も、もう一方の文字の条件が保たれているか確認してください。

(2)は、取り出す4文字の内訳を書き出せるかが要点です。 円順列で114を4で割ろうとして整数にならなくても、計算間違いとは限りません。 同じ文字を含む円順列では回転の重複数が変わることがあるため、少ない場合は配置を直接描いて数えるのが確実です。 本番で時間が足りなければ、(1)の前半と(2)の1列の並べ方を優先して確保しましょう。

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