2022-08

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素数が無限に存在することの証明|思考力を鍛える数学

素数が無限に存在すること証明を $3$ 通り紹介します. ・背理法 ・数学的帰納法 ・ $n$ と $n+1$ は互いに素 ・ $1$ 以上の整数は必ずひとつ以上の素因数をもつ 素数とは,$1$ より大きく,$1$ と自分自身以外に約数を...
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格子点の $2$ 色の割り当て|思考力を鍛える数学

組合せの問題ではよくあるマス目の彩色問題です.(今回は格子点の彩色と言っていますが,本質的にはマス目の彩色といっても同じです) さて,$3\times 7$ の格子が与えられて,この $21$ 個の格子点それぞれに対して赤または青の色を割...
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約数の個数の求め方|思考力を鍛える数学

この記事では,約数といえば正の約数を意味することとします. たとえば,$12$ の約数は $1,2,3,4,6,12$ で合計 $6$ つあります.一方,$13$ の約数は $1,13$ で合計 $2$ つです.一般の自然数について,その約...
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Spernerの補題|思考力を鍛える数学

Spernerの補題とは,ブラウワーの不動点定理の組合せ的なアナロジーとして知られている命題です. 本記事ではブラウワーの不動点定理との関連は解説せずに,Spernerの補題の主張と証明を紹介します. Spernerの補題はそれ自体面白い命...
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六角形の面積|思考力を鍛える数学

直角三角形 $ABC$ があり,$\triangle ABC$ の各辺と辺を共有するように $3$ つの正方形が接しています.このとき,六角形 $DEFGHI$ (下図の赤い部分)の面積を求めるのが問題です. 一見,簡単そうですが,きれ...
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5人の海賊|思考力を鍛える数学

Five Pirates と呼ばれる古典的で有名な論理パズルの問題です.調べればすぐ解説記事が出てきます. 問題の意味を詳しく説明しましょう.船の上に $5$ 人の海賊がいます.便宜上,これらの海賊の年齢は全て異なるとしておきます.たとえ...
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素数の逆数和が発散することの証明|思考力を鍛える数学

・ 等比級数の和の公式 $$1+r+r^2+\cdots=\frac{1}{1-r}  (0 \le r < 1)$$ ・ 対数関数の性質 $$\log ab=\log a+\log b,\log \frac{1}{a}=-\log...
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$1$ 次不定方程式 $ax+by=1$ の $2$ 通りの解き方|思考力を鍛える数学

1次不定方程式 $ax+by=1$ の整数解を求める方法を紹介します. $x, y$ に関する $2$ 元 $1$ 次不定方程式 $ax+by=1$ の整数解を求めます.ここで,$a,b$ はともに整数であるとします.たとえば, $$3x+...
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下四桁の数の特定|思考力を鍛える数学

$11^{100}$ は $11$ を $100$ 回かけた数のことです.これはとんでもなく大きな数になるわけですが,その数の下四桁だけを求めるのが問題です.下四桁とは十進法で表記したときのうしろから4つの数のことを指しています.たとえば...
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レイリーの定理|思考力を鍛える数学

二つの無理数によって,自然数全体は二つに分割されるという,とても不思議できれいな定理を紹介します. レイリーの定理とは,二つの無理数が自然数全体を二つに分割するという一風変わった定理です. レイリーの定理:$\frac{1}{r}+\fra...
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