東西に伸びる道路上にいる人が、道路上のいずれかの地点に集まる際に、移動距離の合計(移動コスト)が最小となる場所を求める問題です。特に、A地点からB地点までの距離が10kmで、A地点に3人、B地点に4人いる場合と、A地点にa人、B地点にb人いる場合について考察します。

応用数学最適化線形計画法移動コスト一次関数
2025/5/9

1. 問題の内容

東西に伸びる道路上にいる人が、道路上のいずれかの地点に集まる際に、移動距離の合計(移動コスト)が最小となる場所を求める問題です。特に、A地点からB地点までの距離が10kmで、A地点に3人、B地点に4人いる場合と、A地点にa人、B地点にb人いる場合について考察します。

2. 解き方の手順

(1)
まず、A地点から集まる場所までの距離をxx km とすると、B地点から集まる場所までの距離は(10x)(10-x) km となります。したがって、移動コストyy は、
y=3x+4(10x)y = 3x + 4(10-x)
となります。整理すると、
y=3x+404x=x+40y = 3x + 40 - 4x = -x + 40
となります。これはxxの一次関数であり、傾きが負なので、xx が大きくなるほどyyは小さくなります。xxの範囲は0x100 \le x \le 10 なので、x=10x=10のとき、yyは最小値を取ります。
y=10+40=30y = -10 + 40 = 30
(2)
A地点にaa人、B地点にbb人いる場合を考えます。
- a>ba > b のとき:
A地点に集まる方が移動コストが小さくなります。B地点に集まると、a×10a \times 10 km の移動コストがかかります。A地点に集まると、b×10b \times 10 km の移動コストがかかり、a>ba>b なので、A地点に集まる方がコストが小さくなります。よって、答えはA地点に集まるときのみ、移動コストは最小となる。つまり⓪。
- a=ba = b のとき:
どこに集まっても移動コストは一定です。A地点に集まると、a×10a \times 10 km の移動コストがかかります。B地点に集まると、b×10b \times 10 km の移動コストがかかり、a=ba=b なので、移動コストは変わりません。したがって、集まる場所に関わらず、移動コストは一定である。つまり③。
- a<ba < b のとき:
B地点に集まる方が移動コストが小さくなります。A地点に集まると、a×10a \times 10 km の移動コストがかかります。B地点に集まると、b×10b \times 10 km の移動コストがかかり、a<ba<b なので、B地点に集まる方がコストが小さくなります。よって、答えはB地点に集まるときのみ、移動コストは最小となる。つまり①。

3. 最終的な答え

- ア:3
- イ:4
- ウエ:30
- オ:⓪
- カ:③
- キ:①

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