第6問の解答


1.問題

問題図
左図の縦6×横6のマス目および格子があります。

格子の線上をAからBに進む最短経路は何通りでしょうか?
ただし、×印のついたところは不通個所となっていますので通れません。


2.解答例1(ありさのお父さん、大岡さん、K.Kさん、三好知之さん、吉田和義さん、kuri)

出発点から順に,各交差点に(下と左の交差点の数字を足した)場合の数を書き込んで行くと最後のB点へは132通りとなることが分かります。

なお下図では、交差点から次の交差点までの線分上を通る場合の数を書いています。

参考図

答:132通り

以上


3.解答例2(清川育男さん、Asamiさん、たなかさん):カタラン数による

(補題)縦m×横nのマス目で制約のない場合の最短経路数はm+nCmである。

6-2.gif (1703 バイト) 上に進むことをN、右に進むことをEと表すと、最短経路は合計m+n回進むうち、m回を選んでそれをNとし、残りをEとすることと対応する。

まず、制約のない場合のAからBへ至る最短経路数は6+6C6=12C6=924通りである。

6-3.gif (3699 バイト)

次に、不通区間を通る場合の数を求めよう。
不通区間を通る場合(赤色線)は、上図の点線部分を横切ることとなる。
この経路を、点線を初めて横切った個所以降を点線と軸として対称に移動したもの(黄色)を考える。これは、AからCへ至る制約のない最短経路の一つである。

逆にAからCへ至る制約のない最短経路の一つをとると、これも点線部分を必ず横切るので、点線を初めて横切った個所以降を点線と軸として対称に移動したものを考えると、これはAからBへ至る最短経路で不通区間を通る経路の一つとなる。

以上から、不通区間を通る場合の数は、結局AからCへ至る制約のない最短経路の数と一致するので、7+5C5=12C5=792通りとなる。

よって、求める制約ありの最短経路数は12C6−12C5=924−792=132通りとなる。

一般に縦n×横nの場合は、2nCn−2nCn-1=2nCn/(n+1)となります。(カタラン数)

なお、詳しくは、清川さんが紹介していただいた たなかさんの解答例を参照下さい。