・集合の相等                            S.H 氏

 個数の計算で、必然的に2種類の数え方が等しくなる場合がある。集合論での妙味と言っ
ても過言ではないと思う。

(個数の計算A) 0以上の整数 x、y、z に対して、x+y+z≦2 を満たす組(x,y,z)の個
          数をMとおく。

(個数の計算B) 0以上の整数 a、b に対して、a+b≦3 を満たす組(a,b)の個数をNと
          おく。

 このとき、実は、M=N が成り立つ。

 実際に個数を求めてみると、

 (x,y,z)=(0,0,0)、(1,0,0)、(0,1,0)、(0,0,1)、(2,0,0)、(0,2,0)、
        (0,0,2)、(1,1,0)、(1,0,1)、(0,1,1) より、 M=10

 (a,b)=(0,0)、(1,0)、(0,1)、(2,0)、(0,2)、(1,1)、(3,0)、(0,3)、(2,1)、
       (1,2) より、 N=10


 実は、上記のように具体的に、M、Nの値を求めなくても、M=Nであることは簡単に説明
できる。

 ○を3+1=4個、●を2+1=3個用意し、これら計4+3=7個を横一列に並べる。ただし、

左端は必ず○とし、右端は必ず●とする。そのうちの一つの順列、例えば、

  ○○●●○○●  →  説明上、 ○1212343 とする。

に対して、次のような解釈をする。

 ○1と○2の間に●がない。(→ x=0)
 ○2と○3の間に●が2個ある。(→ y=2)
 ○3と○4の間に●がない。(→ z=0)

  よって、1つの順列 ○○●●○○● に対して、 (x,y,z)=(0,2,0) が対応する。

 ●2と●3の間に○が2個ある。(→ a=2)
 ●1と●2の間に○がない。(→ b=0)

  よって、1つの順列 ○○●●○○● に対して、 (a,b)=(2,0) が対応する。

 以上から、1つの順列 ○○●●○○● に対して、

   (x,y,z)=(0,2,0) と (a,b)=(2,0) が1対1に対応する。

 したがって、 M=N であることが言える。



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