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2018年、数学の夢をあきらめ、大卒後に現実路線を進んでいた林朝夕だったが、学校の経理を務める父親の林兆生が襲撃され、意識が戻らないまま入院すると、父親が5年前からアルツハイマー病を患っていたことを医師に告げられる。さらにフード姿の男が自宅のポストに投函した数学オリンピックの“集合写真”には、写っているはずのない少女時代の自分と、父親も映っていた。その後、林朝夕は“集合写真”を持ったまま、交通事故で知り合った俳優の紀江と共に“過去にタイムリープ”し、紀江が通っていた孤児院に迷い込み、体も幼い頃の自分になっていた。
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元の世界に戻るために、林朝夕と紀江は“過去”の林朝夕の父親・林兆生に会うが、娘はいないと言われてしまう。行き詰まった2人は“集合写真”の光景を再現すれば元の世界に戻れると仮定する。さらに迷い込んだ世界では、芸能人の名前などが自分たちの記憶とは異なるため、“過去の世界”ではなく“並行世界(パラレルワールド)”なのではないかと疑い、林朝夕は元の世界を“イチゴ世界”、“並行世界”を“チーズ世界”と名付ける。その後2人は暗算法の海賊版教本を売る詐欺師を暴く過程で、少年時代の裴之に出会う。
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“イチゴ世界”の林朝夕は、小学生時代からの同級生・裴之に恋していた。高校生になった裴之は林朝夕の父親・林兆生に弟子入りし、林朝夕は裴之と共に林兆生の授業を受けるが、数学の天才同士の会話について行けずに自信を喪失する。さらに裴之は何の連絡もなくドイツに留学してしまう。一方、“チーズ世界”の林朝夕は“集合写真”を再現するべく、“イチゴ世界”では落選してしまった数学の神様・張叔平(ジャン・シューピン)が取り仕切る数学オリンピックの合宿選抜に向けて努力を始める。
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小学生時代から裴之に負け続ける“万年2位”の章亮(ジャン・リャン)から、数学勝負を吹っ掛けられた“チーズ世界”の林朝夕は勝利を収める。その後、数学者・林兆生に弟子入りした林朝夕、紀江、裴之の3人は張叔平の数学オリンピック合宿に合格。裴之、林朝夕、章亮の3名は満点だった。“イチゴ世界”では裴之が中学時代に父親の裴東来(ペイ・ドンライ)が死亡してしまうことを林朝夕は思い出すが、死因が分からなかったため“チーズ世界”で忠告できずにいた。
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“チーズ世界”の合宿が始まると、張叔平は晋杯(ジンカップ)小学生数学オリンピック大会に参加する代表者5名を選抜する事がこの合宿の目的で、成績が悪い者から脱落させると告げて参加者80名の努力と競争を促す。一方、林朝夕は“イチゴ世界”に戻るため、集合写真に写っている参加者が脱落しないよう、裴之と共に他の参加者に協力する。こうした中、林兆生は合宿に参加中の林朝夕を気にかけ、自分を父親だと言う彼女の発言を振り返っていた。
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張叔平が班の平均点で競う形式に切り替えると、章亮は低得点者を班から排除し、高得点者を班に引き入れた。一方、林朝夕は集合写真に写っていた低得点の“キーマン”を救うために、敢えて裴之と別チームになって“キーマン”をそれぞれの班に引き入れる。紀江から“イチゴ世界”のことを聞いた裴之も林朝夕に協力するが、高得点者を集中させたかった張叔平にとっては目障りだった…。林朝夕のことが気がかりな林兆生は、合宿所付近の警備員に転職する。
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林兆生は、既成概念にとらわれない“楽しい数学”の解き方で、林朝夕と裴之の班に数学を指導し、全員がテストを突破する。“師匠”の存在が露呈しないよう、授業は夜中に実施された。勝ち抜いた参加者は27名となり、次のテストでは3班まで絞るため、どうしても“キーマン”が落選してしまう状況になる中、章亮の班員が“師匠”の存在に勘付く。また張叔平も食堂で、かつての級友・林兆生とすれ違う。
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林兆生による指導が発覚し、林朝夕は規則違反の主導者として合宿から追放される。その後、林兆生と林朝夕の親子鑑定に同行した張叔平は、林兆生の採血の間、過酷な淘汰を強いる真の理由を林朝夕に明かす。さらに林朝夕の才能を惜しみ、章亮班に勝つことを条件に合宿への復帰を許す。林朝夕は自分の班と裴之班の統合を提案し、これも受け入れられた為、最後に残る3つ班に“キーマン”全員が残る可能性が芽生えた。
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親子鑑定の結果、林朝夕は“チーズ世界”の林兆生の娘だった。林朝夕・裴之班は章亮班に平均点で上回り、“キーマン”全員が脱落せずに最後まで残り、選ばれた5人が晋杯(ジンカップ)で優勝。“集合写真”が再現されるが、林朝夕と紀江は元の世界に戻れず、紀江は林朝夕と共に林兆生が孤児院から引き取ることになる。しかし2人はある“契機”で突然元の世界に戻るが、意識を取り戻した“イチゴ世界”の林兆生はアルツハイマーが進行し、20歳以降の記憶を失っていた。
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ショックでフリーズする林兆生に、紀江が“2018年にタイムリープした”と嘘を付くと、林兆生は現状を受け入れ、発展を遂げた“未来の世界”をエンジョイする。“チーズ世界”での情熱と、“イチゴ世界”の父親の言葉を思い出した林朝夕は辞職し、大学院で数学を専攻することを決心し、ボクシングジムのコーチになっていたフード姿の裴之と偶然再会する。数学をあきらめた裴之は帰国後も林朝夕を避けていたが、そんな彼に林朝夕はストレートに想いを伝える。
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紀江は遠出の撮影を断り、裴之を“恋敵(ライバル)”と見なし、林朝夕への想いを彼に伝えに行く。紀江から林兆生の病状を聞いた裴之は見舞いに行く。林兆生に裴之の記憶はなかったが、2人はすぐに意気投合する。林朝夕は裴之に、ドイツで何があったのか聞くが、裴之は“やるべきことが終わったら話す”と伝える。裴之は“死んだ父親”の調査をしていた。一方、林朝夕は数学のブランクを埋めるため、学習塾に通おうとしていた。
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学習塾は張叔平が校長を務めていたが、哲学を専攻したのに超一流大学院の数学課程を目指す林朝夕は入塾を断られ、独学に切り替える。裴之はドイツで軽度の精神病を患い、ボクシングで克服したことを林朝夕に明かす。さらにある日突然出現したレコーダーに“死んだ父親”の肉声が入っていたため、裴之は父親が生きていると考え調査していた。林朝夕は突然出現した“集合写真”のことを思い出し、裴之に並行世界(パラレルワールド)での出来事を話す。
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林朝夕を受け入れれば学習塾に投資すると、紀江は張叔平に持ちかけるが、林朝夕の父親が林兆生だと知った張叔平は彼女の入塾を断る。行きすぎた“友情”に疑問を持った林朝夕が紀江に迫ると、紀江は林朝夕に恋を告白するが、断られる。別れ際に2人が“友情”のハグを交わすと、撮影されてしまう。林朝夕に断られた紀江は、仕事に打ち込む。こうした中、裴之は並行世界(パラレルワールド)の調査を続けていた。裴之の母親は、林朝夕と裴之の交際を認めるものの、裴之を数学から遠ざけるよう林朝夕に釘を刺す。
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紀江は“邪魔者”の裴之を並行世界(パラレルワールド)へ追いやるべく、彼に行き方を教えるが、裴之は既に知っており、林朝夕をまた1人にさせまいと、行くことをためらっていた。紀江は林朝夕をあきらめ、事務所を上海に移す決意をする。紀江から裴之のためらいを聞いた林朝夕は、裴之を引き留めず彼を行かせるが、手違いで自分も2012年の、高校3年生時代のチーズ世界へ迷い込んでしまう。一方、イチゴ世界の林兆生は経理の同僚との関わりで、一部の記憶がよみがえる。
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2012年のチーズ世界は、イチゴ世界の過去とは異なり、“前回のチーズ世界”の続きのようだった。裴之の父親は生存しており、紀江は林朝夕の弟となり、林兆生はその後も林朝夕が通う学校を転々として警備員を務めていた。しかし“前回のチーズ世界”では数学オリンピックで優勝したはずの林朝夕は、成績が下位に落ち込み、父親に抵抗する別人のようになっていた。林朝夕は前回の“集合写真”と同様、今回は“レコーダー”の情景を再現することが元の世界に戻るための条件だと推測する。
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裴之は父親がいる温かい家庭に溶け込み、幸せを感じる。イチゴ世界に戻れば父親を再度失うことになるため、このままチーズ世界に留まろうと林朝夕に提案するが、拒否される。章亮率いる成績上位の3年1組と、林朝夕と裴之が所属する成績下位の3年13組はバスケの試合で喧嘩になり、双方に過失が記録される。素行がよければ過失は取り消しになる条件だったが、その後さらにケンカ騒ぎを起こし、仲裁に入った生徒を骨折させてしまい、手術沙汰になる。
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林朝夕は“レコーダー”の録音で、裴之の父親・裴東来が話しかけていたのは林兆生だったと気づく。林兆生は事故の状況を供述しており、彼はこの事故で頭を打ち、後のアルツハイマーに繋がったため、林朝夕は事故の阻止を計画する。イチゴ世界では俳優だった紀江が、チーズ世界では林朝夕と共に孤児院に残ったことで引き取り手が見つからず、貧乏な林家の養子になったことを、林朝夕は後ろめたく感じていた。しかしチーズ世界の紀江は歌のコンテストで、引き取ってくれた姉と義父への感謝を伝え、幸せに満ちていた。
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紀江はコンテストで次のステージへ進み、林朝夕はテストで天才の片鱗を見せて張叔平を含む教師たちを驚かせる。こうした中、元のイチゴ世界へ戻りたくない裴之は、2018年のイチゴ世界にあったオンライン将棋ゲームのアイデアを参考に、自分でプログラミングして2012年のチーズ世界でリリースする。ゲームが大ヒットして巨額の投資を得た裴之は、父親に警官を辞職させてゲーム会社のトップに就任させる。“レコーダー”の再現ができなくなったため、林朝夕はイチゴ世界へ戻る手段が断たれる。
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林朝夕は紀江を使って裴之を家から誘い出し、裴之の母親に“分からない問題がある”と嘘を付いて家に入り、彼の帰りを待つ振りをしてパソコンからソースコードをコピーする。その後、林朝夕はネットにソースコードを公開し、裴之は会社を売却する事態に追い込まれ、裴東来も警官に戻ることになる。対立後も2人は互いを想い合い、裴之はチーズ世界で、林朝夕はイチゴ世界で相手と一緒に過ごしたいと望んでいた。
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裴之は林朝夕を訴え、林兆生の塾開設を条件に“和解”し、またも“レコーダー”の情景を再現不能にする。一方、林朝夕は“チーズ世界の林朝夕”のビデオレターを観る。“彼女”は2006年、イチゴ世界から来た“林朝夕”に体を乗っ取られている間、暗闇に閉じ込められ、そこから“自分”の姿を映画のように観ていた。“林朝夕”がイチゴ世界に戻ると、“彼女”は事あるごとに数学五輪で優勝した“林朝夕”と比べられて劣等感を抱いて落ちこぼれ、“林朝夕”のことを恨んでいた。
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“彼女”はさらに、チーズ世界の裴之が想っているのは、“彼女”ではなくイチゴ世界の“林朝夕”だと感じ、裴之を奪われたように感じていた。“林朝夕”は、意識の奥にいる“彼女”に、必ずイチゴ世界に戻ると約束し、チーズ世界の裴東来に2人が“並行世界(パラレルワールド)”から来たと告げ、裴東来は息子を返せと裴之に迫る。裴之は心を乱すが、やがてイチゴ世界へ戻ることを決心する。林兆生も、“林朝夕”が“並行世界”から来たことを裴東来から聞く。
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イチゴ世界へ戻るために、交通事故を起こして“レコーダー”の状況を再現させたいものの、林兆生のアルツハイマーの元凶となった頭部への損傷は防ぎたい林朝夕と裴之は、交通事故の予測プログラムを組むべく休学する。裴東来はさらに2人がプログラミングに集中できる秘密基地も用意する。2人は応用をきかせ、裴東来が担当していた窃盗団逮捕用のプログラムも編み出す。
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“林朝夕”はイチゴ世界に戻った後、チーズ世界の“彼女”が困らないよう、高3までの学習内容の解説をビデオレターに残し、クラスメイトとも勉強会を結成する。いよいよイチゴ世界に戻る当日、林朝夕、林兆生、裴之、裴東来は“レコーダー”の状況を再現させるべく、それぞれ持ち場につくが、林兆生はその過程で曽(ツォン)教授に会う。大学時代の林兆生が頭を下げなかっため、進路が台無しになったことを曽教授は惜しんでいた。
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“レコーダー”の状況を再現した林朝夕と裴之は、無事イチゴ世界に戻る。イチゴ世界では林兆生の記憶がよみがえっていた。自分を襲撃した犯人が包小萌の父親・包松(バオ・ソン)であることも思い出した林兆生は包松に監禁されるが、林朝夕と裴之に救出され、包松は自首する。林兆生のアルツハイマーは進行し、余命2年を医師にほのめかされるが、林兆生は悲観的せずに林朝夕に接する。
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林兆生は、買い物から家に帰れなくなるほどアルツハイマーが進行する。そうした中、近隣の誘いで不法な賭場へ行き、賭場への抵抗感を示しながらも賭け将棋で勝利する。一方、仕事を失った林兆生は、自らの治療費や林朝夕の学費、生活費などのプレッシャーに晒される。裴之は精神病の再発を母親に恐れられ、数学の勉強を止められていたが、チーズ世界での体験をきっかけに、大学院で数学を再び学ぶことを決心する。
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林朝夕は塾の講師・王(ワン)に、受験の際に有利だからと数学的モデリング大会への参加を誘われる。娘に経済的負担を賭けたくない林兆生は、包小萌に娘役を頼み、賭場を再訪する。初日はマヌケを装って敢えて負けて、2日目に大儲けしようと計画していた。裴之は、精神病になった原因は数学そのものではなく、母親に逆らって数学を学んでいたことによる恐怖が原因だったと母親に打ち明け、数学の勉強再開の同意を得る。
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林兆生は目論見通り賭場で大儲けするが、換金所で警察に捕まり、元金ともども勝ち金を没収される。ボクシングジムをやめる裴之は新しい住処を探していたが、林兆生の提案で彼の家に、林朝夕と一緒に住むことになる。林朝夕はお金を稼ぐために、学生時代の先輩の依頼で原稿を書きつつ、モデリング大会で賞金を狙うことにする。塾講師の王は、光(グアン)と章亮と組むことになったため、林朝夕は裴之と組んでモデリング大会に挑む。
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三味大学の院生面接試験で、林兆生の大学時代の先輩・張研(ジャン・イエン)は面接官として、林朝夕に父親の盗作に関する質問をする。林朝夕は不快感を示して父親の盗作を否定する。三味大学の曽教授に師事していた若き林兆生は、永川大学の馮(フォン)教授の論文を盗作した疑いで退学処分となっていた。曽教授が馮教授に父親の論文を横流しし、逆に馮教授が盗作したと疑った林朝夕は、曽教授に問いただす。
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曽教授は横流しを否定し、林朝夕の母親・邱月(チウ・ユエ)が馮教授の娘であることを明かす。林兆生、張叔平、邱月は永川大学の同級生だった。馮教授に師事していた林兆生と張叔平は共に邱月に恋心を抱き、林兆生は張叔平に邱月を譲るため、馮教授を裏切り三味大学に転校するが、邱月は林兆生についていき、林朝夕の出産時に他界する。林兆生は、張叔平が馮教授に論文を共有したと疑っていたが、親友を庇うために誰にも言わなかった。
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数学的モデリング大会とボクシングの試合が同日に開催され、裴之は試合後に大会に合流する予定だった。しかし裴之は試合中に意識を失い、チーズ世界の“裴之”に体を乗っ取られる。チーズの“裴之”は、小学生時代にチーズ世界に来たイチゴの林朝夕への想いを長年募らせ、チーズ世界を捨ててイチゴ世界に来ていた。モデリング大会に合流した“裴之”は、合流まで裴之の代役を勤めてくれた紀江と交代し、林朝夕を抱擁する。
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モデリング大会で林朝夕チームは優勝するが、張研は裴之と林兆生が主力となり、林朝夕はお飾りだったのではないかと再三疑問を投げかける。これに対しライバルチームの章亮と王は、敢えて裴之が途中から参加した不正を明かし、林朝夕が実力で勝ち取ったことを証明する。不正により賞金は得られないものの、林朝夕への疑いは晴れ、林朝夕は直観と偏見だけで父親に論文盗作の汚名を着せた張研らに疑問を投げかける。
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チーズ世界では“林兆生”と“裴之”がNP問題に関する突破口を開いていた。イチゴ世界でも林兆生が99%突き止めていたが、アルツハイマーを患い、残りの1%を解明できずにいた。“裴之”はイチゴ世界の林兆生が気付かないよう残りの1%を完成させ、林兆生自身が完成させたと思い込ませる。NP問題の突破口を開いた林兆生は、論文盗作疑惑も晴れ、大きな栄誉を得る。一方、林朝夕は“裴之”に違和感を覚えていた。
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紀江と包小萌の協力もあり、林朝夕は“裴之”がチーズ世界の裴之だと確信する。“裴之”は林朝夕がイチゴ世界へ戻った後、チーズ世界の“林朝夕”が陥った境遇について明かしたのち、林朝夕の母親・邱月が遺した“手紙”についても触れる。林兆生はアルツハイマーが著しく進行していたが、この“手紙”をめぐり、実は林兆生もタイムリープを経験し、並行世界(パラレルワールド)の存在を認識していたことを明かす。
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“フード姿”、“集合写真”、“レコーダー”、“手紙”…。想像より遥かに前からイチゴ世界に来ていた“裴之”は、その全ての謎を明かす。“裴之”はチーズ世界で“林兆生”と共にNP問題の突破口を開いた後、N=NPをも解明していた。チーズ世界へ戻るよう説得する林朝夕に対し、“裴之”は自分がイチゴ世界に残ればN=NP理論でアルツハイマーの薬を開発できると取引を持ちかける。父親の命とイチゴ世界の裴之…、林朝夕は究極の選択に迫られる。
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