【問3】【問4】は、D=1のときは完全に解けること
【問3】(〜以上〜)
【解】kの最大値は(n+1)である。
(n+1)点が可能であることは言えているので、(n+2)点は不可能なことを言う。
(n+2)点を線分上に並べる。隣の点と点の間の個数は、(n+1)個である。
点と点の間の距離は、少なくとも1/nであるから、全体は少なくとも(n+1)/n。
これは、閉線分の長さ1より大きいので、閉線分内に収まらない。
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【問4】(〜より大〜)
【解】kの最大値はnである。
まず、n点が可能であることを言う。
閉線分を(n−1)等分する(n>1という前提であったから可能である)。
(n−1)等分点の個数はn個。隣の点との距離は1/(n−1)。
1/(n−1)>1/nであるから、(n−1)等分点に配置すれば実現できる。
次に、n+1点が不可能であることを言う。
問題の閉線分をn等分すると、端点は隣の線分と共有することにして、n個の長さ(1/n)の小閉線分が得られる。これが“手品のタネ”である。
小閉線分はn個。点は(n+1)個。これらの点はすべてn個の小閉線分のどれかに含まれなければならないので、少なくともひとつの小閉線分は、2つの点を含む(「鳩の巣原理」と言うらしい)。
2点を含む小閉線分に注目する。
この閉線分の長さは(1/n)。したがって、この中に含まれる2点の距離は、高々(1/n)。
これは、2点間の距離が(1/n)より大という条件を満たさない。
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