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赤玉3個、青玉3個、緑玉3個を円形に並べる時円順列は何通りできますか?

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長さ nn の順列 XX が与えられたとき,XX を右へ 00 要素分回転した順列,11 要素分回転した順列,……,n1n - 1 要素分回転した順列の集合を O(X)O(X) と書き,XX の軌道と呼ぶことにします。また,O(X)O(X) の要素数を軌道の長さと呼ぶことします。

(たとえば,X=RBBGX = RBBG ならば,XX の軌道は O(X)={RBBG,GRBB,BGRB,BBGR}O(X) = \{RBBG, GRBB, BGRB, BBGR\} で,軌道の長さは 44。)


円順列の場合,同じ軌道に含まれる 22 つの順列は同じであると見なされます。

(たとえば BGRBO(RBBG)BGRB \in O(RBBG) だから,RBBG,BGRBRBBG,BGRB は同じ円順列。)


だから円順列を数え上げることは,順列の軌道を数え上げることに同じです。


いまの問題の場合,赤玉 33 個,青玉 33 個,緑玉 33 個を普通の順列として並べる仕方の数は,

9C3×6C3×3C3=1680\newcommand{\comb}[2]{_{#1}\mathrm{C}_{#2}} \comb{9}{3} \times \comb{6}{3} \times \comb{3}{3}= 1680。

16801680 個のうち,ほとんどの順列は長さ 99 の軌道をもちますが,例外的に長さ 33 の軌道をもつ順列が存在します。次の 66 つです:

RBGRBGRBG, GRBGRBGRB, BGRBGRBGRRGBRGBRGB, BRGBRGBRG, GBRGBRGBR\begin{aligned}& RBGRBGRBG,\ GRBGRBGRB,\ BGRBGRBGR \\& RGBRGBRGB,\ BRGBRGBRG,\ GBRGBRGBR\end{aligned}

したがって,赤玉 33 個,青玉 33 個,緑玉 33 個を円順列として並べる仕方の数は,

(軌道の長さが 3 の順列の個数)3+(軌道の長さが 9 の順列の個数)9=63+168069=188\begin{aligned}& \frac{(軌道の長さが\ 3\ の順列の個数)}{3} + \frac{(軌道の長さが\ 9\ の順列の個数)}{9} \\&= \frac{6}{3} + \frac{1680 - 6}{9} = 188。\end{aligned}

一応計算機で検算してみると,たしかに答えは 188188 で,188188 個を具体的に書き出すと下の写真のとおりになります。

質問者からのお礼コメント

質問者からのお礼コメント

ありがとうございます。完璧にわかりました。具体例があるおかげで理解しやすかったです。

そのほかの回答(1件)

こうだと思います。数珠順列の場合も考えてみると面白いかもしれませんね。場合わけがすこしめんどくさいですが。

返信(1件)

回答ありがとうございます。

質問なのですが、赤玉が複数個ある場合、

赤玉を一つ固定するだけでは、写真のように被ったやつも数えてしまいませんか?

とんちんかんなこ言ってたらごめんなさい

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