数の篩い
次のように、1から100までの自然数が、横一列に並んでいる。
1、2、3、4、5、6、・・・・・・、95、96、97、98、99、100
いま、次のルールで、数を消していく。
(1) まず、2から消し始める。次に、一つおきに、数を消していく。
(2) 端についたら、今度は折り返して、逆向きに残っている数に対して、(1)と同様のこと
を繰り返す。すなわち、残っている端の数の左隣の数から消し始め、次に、一つおきに、
数を消していく。
(3) 端についたら折り返して、以下、同様に、操作を繰り返す。
上記のルールによれば、残っている数は次のように変化する。
1、2、3、4、5、6、・・・・・・、95、96、97、98、99、100
1、 3、 5、 ・・・・・・、95、 97、 99
3、 ・・・・・・、95、 99
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
さて、最後に残る数は何であろうか?
(答) 1、2、3、4、・・・、n において、0、1、2、3、・・・、n−1
として、いくつか実験してみよう。
n=4 のとき、 0、1、2、3
0、 2
2
以上から、数 2 すなわち、数 3 が残る。
n=5 のとき、 0、1、2、3、4
0、 2、 4
0、 4
0
以上から、数 0 すなわち、数 1 が残る。
n=7 のとき、 0、1、2、3、4、5、6、7
0、 2、 4、 6
2、 6
2
以上から、数 2 すなわち、数 3 が残る。
これらの、実験結果に共通性はないだろうか?
n=4 のとき、n−1=3 を、4進数で表せば、3 である。
残った数 2 を、4進数で表せば、2 である。
n=5 のとき、n−1=4 を、4進数で表せば、10 である。
残った数 0 を、4進数で表せば、0 である。
n=7 のとき、n−1=6 を、4進数で表せば、12 である。
残った数 2 を、4進数で表せば、2 である。
以上の規則性から、n−1 を4進数で表した場合、残る数は、その4進数の各位の数を
次の変換公式で置き換えたものに、1を加えて得られる。
0または1→0 2または3→2
この法則から、冒頭の問題の答えは、100−1=99 を4進数で表すと、1203
なので、
残る数の4進数は、202 となる。したがって、求める数は、
(2×42+2)+1=35
となる。
冒頭の実験の続きを実行してみよう。
3、7、11、15、19、23、27、31、35、39、43、47、51、55、59、63、67、71、75、79、83、87、91、95、99
3、 11、 19、 27、 35、 43、 51、 59、 67、 75、 83、 91、 99
3、 19、 35、 51、 67、 83、 99
3、 35、 67、 99
35、 99
35
以上から、確かに残る数は、35であることが分かる。
上で述べた公式を用いれば、次のような問題は即答できるだろう。
(国家公務員T種試験対策として活用できると思う。)
問題 冒頭のルールに従って、1から2004までの自然数を篩いにかける。最後に残る数は
何であろうか?
(解) 2004−1=2003 を4進数で表せば、133103 なので、残る数の4進数は、22002
となる。したがって、求める数は、
(2×44+2×43+2)+1=643
となる。
(参考文献:数学オリンピック財団編 数学オリンピック(1997〜2002) (日本評論社))