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円卓で向かい合う席と交互の席|条件つきの円順列

6 人が円卓に座る座り方は 通り。A と B が隣り合うのは 48 通り、向かい合うのは 24 通りです。

円では、1 人を固定してしまえば残りは直線と同じように扱えます。条件を読むときも、固定した人から見た位置に言い直す。

1 人を固定する

円順列の総数が になるのは、回転して重なる並びを同じと数えるからです[1]。

通りの回転がどれも同じ座り方を指すので、 になる。

計算のうえでは、誰か 1 人の席を固定してしまうのが早い。固定した人から時計回りに見れば、残り 人の並べ方を数えるだけです。

例:2 人が隣り合う

6 人のうち A と B が隣り合う座り方を数えます。

A と B を 1 つの塊とみなすと、円卓に座るのは塊 1 つと残り 4 人で 5 つのもの。円順列は 通りです。

塊の中で A と B の左右が入れ替わるので 2 倍。 通り。

固定して数える道筋でも確かめます。A を固定すると、B は左右 2 席のどちらか。残り 4 人を 4 席に並べて 通りで、。

例:2 人が隣り合わない

全体から引きます。 通り。

A を固定して直接数えることもできる。B が座れるのは、A の両隣を除く 3 席なので 3 通り。残り 4 人が 通りで 通りです。

例:向かい合う

席が偶数のときだけ、向かいの席が決まります。6 人なら A の 3 つ先。

A を固定すると B の席は 1 通りに決まる。残り 4 人を並べて 通りです。

全体 120 通りのうち 24 通りなので、5 分の 1。A から見て B が座れる席が 5 つあり、そのうち 1 つが向かいだから、と読んでも同じ値になります。

隣り合う

A から見て 2 席。残りを並べて

向かい合う

A から見て 1 席。残りを並べて

例:3 人が続いて座る

6 人のうち A、B、C が 3 人続けて座る座り方を数えます。

3 人を 1 つの塊にすると、円卓に座るのは塊 1 つと残り 3 人で 4 つ。円順列は 通り。

塊の中で 3 人が並べ替わるので 倍。 通りです。

例:夫婦が隣り合う

夫婦 3 組の 6 人が円卓に座り、どの夫婦も隣り合うようにします。

夫婦をそれぞれ塊にすると、3 つの塊の円順列で 通り。各塊の中で 2 通りずつ入れ替わるので 倍。

通りになります。塊が複数あっても、手順は 1 組のときと変わりません。

条件のある人を塊にまとめる

塊を含めた個数で円順列を計算する

塊の中の並べ替えを掛ける

交互に座る

男女が交互に座る条件は、円ではさらにきつくなります。人数が同じでないと成立しない。

直線なら男 4 人と女 3 人でも交互に並べますが、円は端がつながっているため、男女の数が一致していなければどこかで同じ性別が隣り合います。

例:男 3 人と女 3 人が交互

男子の 1 人を固定します。交互という条件から、男子の席 3 つと女子の席 3 つが決まる。

残る男子 2 人を 2 席に並べて 通り。女子 3 人を 3 席に並べて 通り。

12 通りです。式で書くと になる。男子だけで円順列をつくり、そのすき間に女子を並べる形と読めます。

例:男女 4 人ずつが交互

同じ手順です。男子 4 人の円順列が 通り、女子 4 人を 4 つのすき間に並べて 通り。

通りになります。

人数男の円順列女の並べ方交互の総数
3 と 32612
4 と 4624144
5 と 5241202880

例:交互かつ特定の 2 人が隣り合う

男 3 人と女 3 人が交互に座り、男の A と女の X が隣り合うようにします。

A を固定すると、A の両隣は女子の席です。X をそのどちらかに置いて 2 通り。

残る女子 2 人を残り 2 席に並べて 通り、男子 2 人も 通り。

通りです。交互の 12 通りのうち 8 通りが条件を満たす。

円で「隣り合う」と言うとき、左右の区別をどう扱うかを決めておきます。ふつうは左隣と右隣を別の座り方として数える。

A の左に X が座る場合と、右に座る場合は違う配置になる。上の 2 通りがそれにあたる。

例:両隣が決まっている

8 人が円卓に座り、A の両隣が B と C になる座り方を数えます。

A を固定します。両隣の 2 席に B と C を並べて 通り。残り 5 人を 5 席に並べて 通り。

通りです。全体 通りの 21 分の 1 にあたる。

例:向かい合わない

6 人で A と B が向かい合わない座り方は、 通り。

A を固定して直接数えると、B が座れるのは向かいを除く 4 席。残り 4 人を並べて 通りです。

席に番号があると円順列ではなくなる

円卓でも、席に 1 から 6 の番号が振ってあれば、回転した座り方は別のものになります。

そのときは 通り。円順列の 120 通りのちょうど 6 倍です。

問題文に番号や、入り口からの位置のような目印があるかを先に確かめる。目印があれば、ただの一列の並べ方と同じになります。

7 人が円卓に座ります。A と B が隣り合う座り方は何通りですか。

  • 720 通り
  • 240 通り
  • 1440 通り
__RESULT__

塊にすると 6 つのものの円順列で 通り。塊の中で 2 通り入れ替わるので 240 通りです。720 は条件を付けない円順列 になります。

よくある誤り

円順列の総数を とする。回転で重なるぶんを割って です
塊をつくったあとに個数を減らし忘れる。塊 1 つと残りで数え直します
向かい合う席が奇数人でもあると考える。人数が偶数のときだけ決まります
円で男女交互を、人数が違っても成立すると思う。円では同数でないと成立しません
交互の型が 2 通りあると考える。円では 1 人を固定すると型が 1 つに決まります
席に番号がある問題を円順列で解く。番号があれば回転は別の座り方です
左隣と右隣を区別しない。ふつうは別々に数えます

まず 1 人を固定する。そのあと、条件を「固定した人から見てどの席か」に言い直せば、あとは直線の問題と同じです。

参考文献

[1] が円順列の公式、[2] が円に並べる数え方の一般論、[3] が順列、[4] が段ごとに掛ける数え方、[5] が各国語での整理です。

圆排列 - 维基百科
Necklace (combinatorics) - Wikipedia)
Permutation - Wikipedia
Rule of product - Wikipedia
Combinatoire - Wikipédia
6 人が円卓に座る座り方は 120 通り。A と B が隣り合うのは 48 通り、向かい合うのは 24 通りです。まず 1 人を固定し、条件をその人から見た席に言い直せば、あとは直線の並べ方と同じになります。3 人が続いて座る、夫婦が隣り合う、両隣が決まっている場合を同じ手順で解きました。円の交互は人数が同数でないと成立しない理由、席に番号があると円順列でなくなる点も扱います。