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    六人集會和抽屜原理問題

    來源:網絡 作者:匿名 2009-11-30 16:07:19

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      “任意367個人中,必有生日相同的人。”

      “從任意5雙手套中任取6只,其中至少有2只恰為一雙手套。”

      “從數1,2,...,10中任取6個數,其中至少有2個數為奇偶性不同。”

      ......

      大家都會認為上面所述結論是正確的。這些結論是依據什么原理得出的呢?這個原理叫做抽屜原理。它的內容可以用形象的語言表述為:

      “把m個東西任意分放進n個空抽屜里(m>n),那么一定有一個抽屜中放進了至少2個東西。”

      在上面的第一個結論中,由于一年最多有366天,因此在367人中至少有2人出生在同月同日。這相當于把367個東西放入366個抽屜,至少有2個東西在同一抽屜里。在第二個結論中,不妨想象將5雙手套分別編號,即號碼為1,2,...,5的手套各有兩只,同號的兩只是一雙。任取6只手套,它們的編號至多有5種,因此其中至少有兩只的號碼相同。這相當于把6個東西放入5個抽屜,至少有2個東西在同一抽屜里。

      抽屜原理的一種更一般的表述為:

      “把多于kn個東西任意分放進n個空抽屜(k是正整數),那么一定有一個抽屜中放進了至少k+1個東西。”

      利用上述原理容易證明:“任意7個整數中,至少有3個數的兩兩之差是3的倍數。”因為任一整數除以3時余數只有0、1、2三種可能,所以7個整數中至少有3個數除以3所得余數相同,即它們兩兩之差是3的倍數。

      如果問題所討論的對象有無限多個,抽屜原理還有另一種表述:

      “把無限多個東西任意分放進n個空抽屜(n是自然數),那么一定有一個抽屜中放進了無限多個東西。”

      抽屜原理的內容簡明樸素,易于接受,它在數學問題中有重要的作用。許多有關存在性的證明都可用它來解決。

      1958年6/7月號的《美國數學月刊》上有這樣一道題目:

      “證明在任意6個人的集會上,或者有3個人以前彼此相識,或者有三個人以前彼此不相識。”

      這個問題可以用如下方法簡單明了地證出:

      在平面上用6個點A、B、C、D、E、F分別代表參加集會的任意6個人。如果兩人以前彼此認識,那么就在代表他們的兩點間連成一條紅線;否則連一條藍線。考慮A點與其余各點間的5條連線AB,AC,...,AF,它們的顏色不超過2種。根據抽屜原理可知其中至少有3條連線同色,不妨設AB,AC,AD同為紅色。如果BC,BD,CD3條連線中有一條(不妨設為BC)也為紅色,那么三角形ABC即一個紅色三角形,A、B、C代表的3個人以前彼此相識:如果BC、BD、CD3條連線全為藍色,那么三角形BCD即一個藍色三角形,B、C、D代表的3個人以前彼此不相識。不論哪種情形發生,都符合問題的結論。

      六人集會問題是組合數學中著名的拉姆塞定理的一個最簡單的特例,這個簡單問題的證明思想可用來得出另外一些深入的結論。這些結論構成了組合數學中的重要內容-----拉姆塞理論。從六人集會問題的證明中,我們又一次看到了抽屜原理的應用。
     

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