差が 2 以上ある数はどう選ぶ?条件は置きかえで消せる
から までの数から 4 個を選び、どの 2 つも差が 3 以上になるようにします。答えは 1001 通り。
差の条件も、大小の条件も、置きかえてしまえば消えます。残るのはただの組合せです。
大小の条件は数えなくてよい
まず易しいほうから。 から までの数から 3 個を選び、小さい順に と並べます。
選んだ 3 個を小さい順に並べる方法は 1 通りしかありません。だから、並べ方を掛ける必要がない。
84 通りです。「 を満たす組はいくつか」と聞かれたら、それは「3 個選べ」と同じ意味になります。
3 個を選んで並べる 通りのうち、大小の順が正しいのは 6 分の 1。 でも同じ値です。
選んだあと並べ方が 通りある。順列で数える
並べ方が 1 通りに決まる。選ぶだけで終わる
例:各位が増える 3 桁の整数
や のように、上の位から下へ数字が大きくなる 3 桁の整数を数えます。
使える数字は から 。0 は入りません。0 を含むと、0 より小さい数字が下の位に来られないためです。
3 個を選べば並べ方が 1 通りに決まるので 個。
例:各位が減る 3 桁の整数
や のように、上から下へ小さくなる整数なら 0 も使えます。0 は必ず一の位に来る。
から までの 10 個から 3 個を選んで 個です。
先頭が 0 になる心配もありません。いちばん大きい数字が百の位に来るので、0 が先頭に立つことはない。
例:同じ数字を許す場合
や のように、等号を含めて増える整数を数えます。同じ数字が並んでもよい形です。
から までの 9 種類から、重複を許して 3 個を選ぶ。並べ方はやはり 1 通りに決まります。
165 個。等号を許すかどうかで、組合せから重複組合せに変わります。
| 条件 | 使う数字 | 式 | 個数 |
|---|---|---|---|
| 上から下へ増える | 1 から 9 | 9 から 3 個 | 84 |
| 上から下へ減る | 0 から 9 | 10 から 3 個 | 120 |
| 等号つきで増える | 1 から 9 の重複あり | 9 から 3 個 | 165 |
差の条件は間隔を詰めて消す
ここからが本題です。 から までから 4 個を選び、どの 2 つも差が 3 以上とする。
選んだ数を小さい順に とします。条件は、隣り合う 2 数の差が 3 以上ということ。
次のように置きかえます。
差が 3 以上あったところから、余分な 2 ずつを抜いています。すると どうしは差が 1 以上、つまりただの大小関係になる。
置きかえたあとの範囲
で、 は最大 20 なので は最大 14。 は最小 1 のままです。
つまり たちは から までの相異なる 4 個。もとの条件を満たす組と 1 対 1 に対応します。
1001 通りです。差の条件は、選ぶ範囲を狭めることに置きかわりました。
一般の形
から までから 個を選び、どの 2 つも差が 以上とします。
隣り合う組が 組あり、それぞれ ずつ余分に空いている。合わせて を範囲から抜きます。
なら で、連続しない選び方の式になります。差が 1 以上、つまり ならただの 。
選んだ数を小さい順に並べる
2 番目から順に、余分な間隔ぶんを引く
狭まった範囲からの組合せとして数える
例:差が 4 以上
から までから 3 個を選び、どの 2 つも差が 4 以上とします。
なので、範囲は に狭まります。
84 通りです。制限なしの から大きく減っている。
小さい場合で確かめる
から までから 2 個を選び、差が 3 以上とします。式では 通り。
書き出すと 、、、、、 の 6 通り。合いません。
式を見直します。 なので範囲は で、 通り。今度は合いました。
ではなく を引いていました。ここが誤りです。小さい場合の書き出しが、こういうとり違えを拾ってくれます。
確かめは の場合が便利です。書き出しが短く済み、しかも の形をきちんと使う。
だと になり、差の条件が式に現れない。確かめにならない。
大小関係が一直線でない場合
のように、山の形をした条件もあります。真ん中がいちばん大きい。
から までから 3 個の相異なる数を選び、この形に並べます。
3 個を選ぶと 通り。そのうち最大の数を真ん中に置き、残る 2 個を左右に振り分ける。
左右の振り分けが 2 通りなので 通りです。
例:谷の形
なら、真ん中がいちばん小さい形です。数え方は山と同じ。
3 個を選び、最小の数を真ん中に置き、残る 2 個を左右に振り分ける。 通り。
山と谷を合わせると 40 通り。全体 通りのうち、残る 20 通りが と の単調な形にあたります。
差の条件と大小の条件が混ざる場合
から までから 3 個を選び、どの 2 つも差が 2 以上で、しかも最小の数が 3 以上とします。
まず下限をそろえます。 から までの 10 個が対象。
そこから差が 2 以上で 3 個を選ぶので、 を引いて範囲は 8。
56 通りです。下限は範囲を切り、差の条件は範囲を詰める。どちらも置きかえで消えます。
例:くじ引きの番号
から までの番号札から 5 枚を引きます。どの 2 枚も番号が 5 以上離れているとする。
を引いて範囲は 。
2002 通り。範囲が半分以下に縮んでも、選び方はまだ多く残ります。
から までの数から 3 個を選び、どの 2 つも差が 3 以上になるようにします。選び方は何通りですか。
- 220 通り
- 56 通り
- 84 通り
よくある誤り
差も大小も、置きかえて消してしまう。残った形がただの組合せになれば、そこで手は止まります。
参考文献
[1] が組合せと重複組合せ、[2] が連続しない選び方の公式、[3] が置きかえで条件を消す考え方、[4] と [5] が各国語での整理です。










(3−1)(3−1)=4 を引いて範囲は 12−4=8。8C3=56 通りです。220 は制限なしの 12C3、84 は引く量を 3 と誤った場合の値になります。