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九州大学 2008年度
後期・理系数学 後期 第2問

問題

右の図1と図2は碁盤の目状の道路とし,すべて等間隔であるとする。
% 図は省略以下の問いに答えよ。

(1) 図1において,点から点に行く最短経路は全部で何通りあるか求めよ。

(2) 図1において,点から点に行く最短経路で,点と点のどちらも通らないものは全部で何通りあるか求めよ。

(3) 図2において,点から点に行く最短経路は全部で何通りあるか求めよ。ただし斜線の部分は通れないものとする。

出典:九州大学 2008年度 後期日程 第2次学力試験 後期・理系 後期 第2問

方針

図1・図2の位置関係を読み取り,図1は から まで横6回・縦6回進む格子, として数える。最短経路は右・上の12手の並べ方であり,(2)は を通る経路を包除原理で除く。(3)は斜線部分に入る経路を,最初に境界を越える点で反射させる標準対応により数える。

解答

(1)

図1では から まで,右へ6回,上へ6回進む最短経路を考える。したがって12回の移動のうち,上へ進む6回の位置を選べばよいから 通りである。

(2)

図1の座標を と読む。 を通る最短経路は, から までが右2回・上2回, から までが右4回・上4回なので 通りである。同様に を通る経路も420通りである。

また, の両方を通る経路は

通りである。包除原理により, のどちらも通らない経路は 通りである。

(3)

図2の斜線部分に入らない最短経路は,座標でいえば常に を満たしながら から へ進む経路である。全経路は(1)と同じく924通りである。

斜線部分に入る経路は,初めて直線 に到達する点を持つ。この初到達点までの部分を直線 に関して反射すると, から への右7回・上5回の最短経路と一対一に対応する。したがって斜線部分に入る経路は 通りである。よって求める数は 通りである。

別解。 の格子点 へ, を保って進む経路数とする。 で順に埋めると,最終行は となる。したがって 通りであり,反射を使わずに同じ答えが得られる。