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English

同じ記号は 2 つまで、条件が付いた重複順列を数え上げる

0 と 1 を 10 個並べる並べ方は 通り。ただし 1 が 2 つ続かないものに限ると 144 通りです。

条件が付くと、指数の式では出せなくなります。末尾で場合分けして、前の答えから次の答えを作る形に切り替えます。

条件がなければ指数

個の場所に 種類の記号を並べる並べ方は 通りでした。各場所を独立に決められるから掛け算になる。

「隣どうしが同じでは困る」という条件が入ると、この独立が崩れます。前に何を置いたかで、次の選択肢が変わる。

隣が違えばよい場合は掛け算で足りる

崩れ方が軽い条件なら、まだ掛け算で押し切れます。

3 色の旗を 5 本立て、隣り合う旗を違う色にする。1 本目は 3 通り、2 本目以降は直前と違えばよいので 2 通りずつ。

48 通りです。「直前とだけ比べる」条件なら、段ごとの本数がそろうので掛け算が使えます。

一般に 色で 本なら 通り[2]

2 つ続くのを禁じると崩れる

「1 が 2 つ続かない」という条件は、少し性質が違います。0 の後は 0 と 1 の 2 通りですが、1 の後は 0 の 1 通りだけ。

直前が何かで選択肢の数が変わるので、段ごとの本数がそろいません。掛け算にできない。

そこで、末尾で場合分けします。

漸化式を立てる

桁の列のうち、1 が 2 つ続かないものの個数を とします。

末尾が 0 のとき、その前の 桁は条件を満たしていれば何でもよい。 通りです。

末尾が 1 のとき、その手前は 0 でなければなりません。さらにその前の 桁は自由で、 通り。

この 2 つは同時に起こらないので足します。

から始めると、 と続きます。 です。

隣どうしを足して次を作る形なので、フィボナッチ数列と同じ並びになります[1]

桁数通り数確かめ方
120 と 1
2300、01、10
352 足す 3
483 足す 5
5135 足す 8

初期値を書き出して決める

漸化式そのものより、初期値でつまずくことが多い。必ず書き出して決めます。

は 0 と 1 の 2 通り。 は 00、01、10 の 3 通りで、11 だけが外れます。

を書き出すと 000、001、010、100、101 の 5 通り。漸化式の と合いました。

3 つ目まで合えば、漸化式と初期値の組は正しいと見てよい。

末尾に何が来るかで場合分けする

それぞれの場合で、前の何桁が自由かを見る

足し合わせて漸化式にする

例:同じ記号が 3 つ続かない

条件をゆるめて、2 つまでは続いてよいとします。 種類の記号で 個並べる。

末尾の同じ記号の連なりが 1 個か 2 個かで場合分けします。どちらの場合も、その手前は違う記号でなければならない。

2 種類なら から 。全体 8 通りから 000 と 111 を除いた値と合います。

と続く。3 種類なら で、 と一致します。

連なりの長さで場合分けするとき、手前が違う記号という条件を掛け忘れがちです。 が前に付く。

末尾の連なりが 2 個なら、その手前の記号は残り 種類から選ぶ。この 1 つが抜けると値が大きく出る。

例:階段の上り方

1 段または 2 段ずつ上って 段を上る方法も、同じ漸化式になります。

最後の一歩が 1 段なら、その前は 段まで上っていた。2 段なら 段まで。

で、 と続き、10 段なら 89 通りです。

初期値が違うだけで、並びは同じ形をしています。

円形に並べる場合

両端がつながると、条件が 1 つ増えます。最初と最後も隣り合うので、そこも違う色でなければならない。

色で円形に 個並べ、隣り合うものを違う色にする個数を とします。

直線に並べる 通りのうち、両端が同じ色になっているものを引けばよい。両端が同じなら、その 2 つをまとめて 個の円と見られます。

3 色で三角形に並べるなら 通り。ここから順に

閉じた式でも書けます[2]

なら で、漸化式の値と合いました。

直線に並べる

両端は隣り合わない。掛け算だけで済む

円形に並べる

両端も隣り合う。直線の値から引くか、閉じた式を使う

例:0 が 3 つ続かない 2 進の列

桁の 0 と 1 の列で、0 が 3 つ続かないものを数えます。

末尾の 0 の連なりが 0 個、1 個、2 個の 3 通りで場合分けする。末尾が 1、末尾が 10、末尾が 100 の形です。

から始まり、 と続きます。3 つ前まで足す形になる。

続けてよい個数が増えるほど、足す項が増えていきます。

例:同じ色を続けずに旗を立てる

4 色の旗を 6 本立て、隣り合う旗を違う色にします。

条件が「直前とだけ違えばよい」なので掛け算で済みます。 通り。

これを円形にすると 通り。両端がつながるだけで 240 通り減ります。

検算のしかた

漸化式を立てたら、必ず小さい で書き出して照合します。

まで手で数えれば、初期値と漸化式の両方が確かめられる。 まで合えばまず安心です。

答えが全体の を超えていないかも見ます。条件を付けたのに増えていたら、どこかが誤っている。

0 と 1 を 6 個並べます。1 が 2 つ続かない並べ方は何通りですか。

  • 13 通り
  • 21 通り
  • 64 通り
__RESULT__

。順に となり、 通りです。13 は 、64 は条件を付けない にあたります。

よくある誤り

条件が付いても指数の式で押し切る。段ごとの本数がそろうかを先に見ます
初期値を確かめずに漸化式を回す。 を書き出して決めます
末尾の場合分けで前の桁が何桁自由かを数え違える。1 桁ずれると別の数列になります
3 つ続かない条件で を掛け忘れる。手前は違う記号でなければなりません
円形に直線の式を当てる。両端が隣り合うぶんを引きます
続けてよい個数が増えても項を増やさない。2 つまでなら 2 項、3 つまでなら 3 項です
検算をしない。 まで書き出せば、たいていの誤りは見つかります

直前だけを見ればよい条件なら掛け算、そうでなければ漸化式。境目はここです。

参考文献

[1] が隣どうしを足す数列、[2] が一列と円形で隣を違う色にする個数、[3] が段ごとに掛ける数え方、[4][5] が各国語での整理です。

Fibonacci sequence - Wikipedia
Graph coloring - Wikipedia
Rule of product - Wikipedia
Combinatoire - Wikipédia
Abzählende Kombinatorik - Wikipedia
0 と 1 を 10 個並べる並べ方は 1024 通りですが、1 が 2 つ続かないものに限ると 144 通りです。直前が何かで選択肢の数が変わると、掛け算では出せません。末尾で場合分けして、前の答えから次を作る形に切り替えます。隣が違えばよいだけなら掛け算で足りること、3 つ続かない条件では手前に k-1 が付くこと、円形では両端がつながるぶんを引くことまで扱いました。初期値の決め方と検算の手順も示す。