『三角形作り』


 今回のテーマは定められた直線でできるだけ多くの三角形を作ることです。

 5本の直線を使って、できるだけ多くの三角形を作るには星形五角形を作ればよいです。

当然、三角形は最大5個できます。

ただし三角形の個数は「重なり合う部分が(頂点以外に)ないもの」を数えます。

例えば、この図では三角形は2個ではなく、1個と数えます。

【問題1】

 星形五角形に2本の直線を付け加えて、三角形を10個作ってください。

この図に直線を書き込んで、メールで送ってくださると嬉しいです。

【問題2】

6本の直線を使って三角形は最大何個できるでしょうか。

【問題3】

問題1を発展させます。
7本の直線を使って三角形を11個作ることはできるでしょうか。


◆問題2,3とも画像を送ってくださると嬉しいです。


以前の問題は難しそうなので、問題を改題します。

【問題4】

n本の直線を使って、三角形を最大S個作ることができるとします。
S≦[n(n−2)
となることを証明してください。
ただしn本のうちのどの3本の直線をとっても1点で交わることはないとします。
[ ]はガウス記号(その中の数を越えない最大の整数)です。


【問題5】(超難問)

問題4で、3直線が1点で交わる時も、上の不等式は成り立つでしょうか。


【問題6】(超難問)

n本の直線を使って、三角形を最大何個作ることができるでしょうか。
ただしn本のうちのどの3本の直線をとっても1点で交わることはないとします。


【注意】

問題5,6は私も解答を知りません。


【問題7】(追加問題)

東京都 建築家 さんからの問題です。

どの3直線も一点で交わらずどの2直線も平行でないとします。

直線に囲まれた有界な領域の数は(n-1)(n-2)
2

それを囲む辺の数はn(n-2) 本

またどの三角形も隣あうことはない事に注意します。

もし三角形の数がn(n-2)
3
個あったとすると
n(n-2)本全ての辺がどれかの三角形を囲みます。
そしてある1本の直線について注目しますと
丁度(n-2)個の三角形に接していることになります。
そしてポイントはその三角形はその1本の直線を挟んで逆側に交互に現れます。

さてこのことを前提にして【追加問題】です。

n≡0,2(mod 6)となるようなnに対して、三角形が
n(n−2)
]個できることはないことを証明して下さい。

同値ですがガウス記号を外して、nが偶数の時に
n(n−2)
個できることはありません。

これよりn=6の時に三角形が8個できないことが証明できます。


解答用紙はこちらです。

【寄せられた解答その1】 【寄せられた解答その2】(New!!)


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