Math Problem Statement

次のように光るスイッチがある。スイッチA:1回押すと1回だけひかる。 スイッチB:1回押すと2回連続で光る。 スイッチC:1回押すと3回連続で光る。 9回連続で光ったとき、最後に押したスイッチがBであるようなスイッチの押し方は何通りあるか求めなさい。ただし、10回以上は光らなかったものとする。

Solution

この問題を解くためには、光る回数を9回と固定し、最後に押したスイッチがBである場合の組み合わせを考えます。スイッチA、B、Cがそれぞれ1回、2回、3回光る特性を考慮して、押す順序と組み合わせを数えます。


1. 問題の整理

スイッチA、B、Cをそれぞれ押すと以下の回数光ります:

  • スイッチA:1回
  • スイッチB:2回
  • スイッチC:3回

合計で 9回光る ことが条件で、最後に押したスイッチが B である必要があります。


2. 条件の分解

全体の条件:

光る回数の合計が9回であることから、 a+2b+3c=9a + 2b + 3c = 9 ここで、aabbcc はそれぞれスイッチA、B、Cを押す回数です。

特定条件:

最後に押したスイッチがBであるため、スイッチBを1回以上押すことが必須です。また、最後に押したスイッチBの2回分の光が含まれるため、残りの光る回数(7回)をスイッチA、B、Cの組み合わせで構成します。

新しい条件として、式を次のように書き換えます: a+2(b1)+3c=7a + 2(b-1) + 3c = 7 簡略化すると、 a+2b+3c=7a + 2b' + 3c = 7 ただし、b=b1b' = b-1(残りのスイッチBの回数)であり、b0b' \geq 0 です。


3. 組み合わせを列挙

a,b,c0a, b', c \geq 0 を満たす整数解を考えます。

a+2b+3c=7a + 2b' + 3c = 7 の解

この式を満たす組み合わせを、cc の値ごとに分けて考えます。

  1. c=0c = 0 の場合: a+2b=7a + 2b' = 7 bb' の取り得る値は 0b30 \leq b' \leq 3 で、それぞれ以下のようになります:

    • b=0a=7b' = 0 \rightarrow a = 7
    • b=1a=5b' = 1 \rightarrow a = 5
    • b=2a=3b' = 2 \rightarrow a = 3
    • b=3a=1b' = 3 \rightarrow a = 1

    合計:4通り

  2. c=1c = 1 の場合: a+2b=4a + 2b' = 4 bb' の取り得る値は 0b20 \leq b' \leq 2 で、それぞれ以下のようになります:

    • b=0a=4b' = 0 \rightarrow a = 4
    • b=1a=2b' = 1 \rightarrow a = 2
    • b=2a=0b' = 2 \rightarrow a = 0

    合計:3通り

  3. c=2c = 2 の場合: a+2b=1a + 2b' = 1 b=0b' = 0 の場合のみ成立し、そのとき a=1a = 1

    合計:1通り

  4. c=3c = 3 の場合: a+2b=2a + 2b' = -2 解なし。


4. 合計

全ての組み合わせを加えると、次のようになります: 4+3+1=8通り4 + 3 + 1 = 8 \text{通り}


5. 結論

光が9回連続で光り、最後に押したスイッチがBであるようなスイッチの押し方は、8通り です。


質問や解説を希望しますか?

  1. 光る回数の合計条件を別の観点から説明しますか?
  2. 最後のスイッチがBである条件を明確化しますか?
  3. 各場合分けの詳細な計算過程を示しますか?
  4. スイッチA、B、Cの特徴を条件式に落とし込む方法を再確認しますか?
  5. 他の光る回数の場合の一般化を考えますか?

1つのヒント: 方程式を条件ごとに整理し、場合分けするのがポイントです!

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Math Problem Analysis

Mathematical Concepts

Linear Diophantine Equations
Combinatorics
Case Analysis

Formulas

a + 2b + 3c = 9
a + 2(b-1) + 3c = 7

Theorems

Non-negative Integer Solutions to Linear Equations

Suitable Grade Level

Grades 9-11