直線たちによる平面分割
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2016.10.05


問題 :  n 本の直線で平面を最大何個に分割できますか?


解答 :

  直線で平面を最大に分割するための必要十分条件は、 平行な直線が存在しないこと、 かつ、 3本以上の直線が1点で交わらないことです。
  上記の条件を満足しながらn本目の直線を描くと、 その直線は他の直線によってn個の線分に分割され、 それぞれの線分が1つずつ分割領域を増やします。 したがって、 n本目の直線は、 分割領域をn個増やします。 したがって、 n本の直線によってできる最大の分割領域個数を P( n ) とすると、 次の漸化式が成り立ちます。

     P( n ) = P( n−1 ) + n

  したがって、
     P( 1 ) = 2
     P( 2 ) = P( 1 ) + 2
     P( 3 ) = P( 2 ) + 3
           ・
           ・
           ・
     P( n−1 ) = P( n−2 ) + n−1
     P( n ) = P( n−1 ) + n

  辺々を加えると、
     P( n ) = 2 + 2 + 3 + 4 + ・ ・ ・ ・ + ( n−1 ) + n
           = 1 + 1 + 2 + 3 + 4 + ・ ・ ・ ・ + ( n−1 ) + n