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 個のもののうち、同じものがそれぞれ 個、 個、 あるとき、1列に並べる方法は
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。
が隣り合わない並べ方は、全体から 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、 の隣接も避けなければなりません。 先に 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、 を一つずつ入れます。 これで どうしは隣り合いません。 ただし、もとの の間に を入れなかった並べ方は、最後にも が隣り合ったままです。 この分を引きます。
例えば、 の順なら、 を置けるすき間は次の5か所です。
このうち、二つの の間の に が入らないと、 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 |
|---|---|
は3個、 は2個まで使えますが、 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 個を円形に並べ、回転して重なる並べ方を同じとすると、 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 には1個だけの文字がありません。 この場合は、 どうしが隣り合う配置と、 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 を切って1列にすると、 の4通りが得られます。 一方、交互の配置 では、 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
が隣り合う並べ方は、 を一つのかたまりとみて、 の6個を並べるので
したがって、 が隣り合わない並べ方は
次に、 を並べてから、5か所のすき間のうち3か所に を一つずつ入れる。 どうしが隣り合わない並べ方は
このうち が隣り合ったままになるのは、 の段階で が隣り合い、その間に を入れない場合である。 の並べ方は 通り。 の間を除いた4か所のすき間から3か所を選ぶので、
よって、同じ文字どうしが隣り合わない並べ方は
モヤユは 、ヨラリは 、ルレは 。
(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 だけで、残りの1文字は の3通り。 1組当たりの並べ方は 通りなので、 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 の1組だけなので、 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 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 通りである。 1組当たりの並べ方は 通りだから、 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 の1組だけなので、 通り。
したがって、
(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 。文字の選び方が3通りなので、 通り。
- 異なる2種類の文字を2個ずつ使う場合: が円周上にこの順に並ぶ場合と、 が交互に並ぶ場合の 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 通り。文字の選び方は6通りなので、 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、 通り。
よって、
ロワンは 、あいは 。
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 の条件だけを満たし、残った 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。


問題データ