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第3問

直方体の形をした箱は、辺の長さ 11 の立方体で完全に埋め尽くすことができる。この箱に、体積 22 の立方体を、辺を箱の辺に平行にして、可能な限り多く詰めると、箱の体積のちょうど 40%40\% が占められる。このような箱の寸法として可能なものをすべて求めよ。
ステップ 6/6: 3番目の辺を確定して結論する
ざっくり言うと

3番目の辺に至るまでに、同じ3段階のパターン(大きな値については上界を縮小し、残った少数の小さな候補を直接調べること)を各辺について1回ずつ適用した。これにより、場合を漏れなく体系的に尽くせる。

cz=32,c∈{3,6}\frac cz=\frac32,\qquad c\in\{3,6\}
詳しい解説

ここで c/z=5/2÷(5/3)=3/2c/z=5/2\div(5/3)=3/2 である。もし c≥8c\ge8 なら z≥6z\ge6 であり、c/z<23(1+1/6)<3/2c/z<\sqrt[3]2(1+1/6)<3/2 となる(2⋅73<33⋅632\cdot7^3<3^3\cdot6^3 による)ので矛盾する。c=1,…,7c=1,\ldots,7 について c/z=3/2c/z=3/2 となる場合を調べると、残るのは c=3c=3(z=2z=2)と c=6c=6(z=4z=4)だけである。ステップ4〜5で得た a=2,b=5a=2,b=5 と合わせると、可能な箱は、辺の置換を除いて {a,b,c}={2,3,5}\{a,b,c\}=\{2,3,5\} と {2,5,6}\{2,5,6\} の2通りだけである。