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【组合数学】鸽巢原理 ( 鸽巢原理简单形式 | 鸽巢原理简单形式示例 1、2、3 )

文章目录

  • 一、鸽巢原理简单形式
  • 二、鸽巢原理简单形式示例 1
  • 三、鸽巢原理简单形式示例 2
  • 四、鸽巢原理简单形式示例 3

一、鸽巢原理简单形式


鸽巢原理 :

n

+

1

n + 1

n+1 个物体 放到

n

n

n 个盒子 中 , 则

一定存在一个盒子至少 含有

2

2

2 个 或

2

2

2 个以上的物体 ;

鸽巢原理 实际上是 多对少的配置 ; 至少存在一个多对一的情况 ;

二、鸽巢原理简单形式示例 1


证明 : 在边长为

2

2

2 的正三角形中 , 有

5

5

5 个点 , 一定存在两个点的距离小于

1

1

1 ;

将变成为

2

2

2 的正三角形 , 分为

4

4

4 个小的正三角形 , 每个边长为

1

1

1 ; 如下图 :

在这里插入图片描述

4

4

4 个小正方形中 , 绘制

5

5

5 个点 ;

根据鸽巢原理 , 上述问题可以转为

5

5

5 个物体放入

4

4

4 个盒子中 , 至少有一个盒子中有

2

2

2 个 或

2

2

2 个以上的物体 ;

在一个正三角形格子中 , 如果绘制了两个点 , 其距离肯定小于

1

1

1 ;

三、鸽巢原理简单形式示例 2


证明 :

9

×

3

9\times3

9×3 的方格 , 使用黑色 , 白色 两种颜色进行涂色 , 必定存在两列相同的涂色方案 ;

先将可能的涂色方案枚举出来 : 一共只可能存在

2

3

=

8

2^3 = 8

23=8 种可能的涂色方案 ;

在这里插入图片描述

9

9

9 列方格中 , 使用

8

8

8 种模式进行涂色 ;

可以等价理解为鸽巢原理的 :

9

9

9 个物体放到

8

8

8 个盒子中 , 则 至少有一个盒子中有

2

2

2 个 或

2

2

2 个以上的物体 ;

因此至少有

2

2

2 列或

2

2

2 列以上的格子会被涂成一种颜色 ;

四、鸽巢原理简单形式示例 3


证明 : 空间中有

9

9

9 个格点 , 所有的两点连线的中点 , 有一个格点 ;

格点指的是整数点 ;

连线中点是格点的要求 : 空间坐标

(

x

,

y

,

z

)

(x,y,z)

(x,y,z)

(

x

,

y

,

z

)

(x' , y' , z')

(x,y,z) 有相同的奇偶性 , 即

  • x

    ,

    x

    x , x'

    x,x 同为奇数或偶数 ,

  • y

    ,

    y

    y , y'

    y,y 同为奇数或偶数 ,

  • z

    ,

    z

    z , z'

    z,z 同为奇数或偶数 ,

此时这两个空间坐标的连线中点就是 格点 , 即整数点 ;

下面分析三个坐标分别奇偶性相同时 , 中点是格点的原因 :

连线中点坐标公式为 :

(

x

+

x

2

,

y

+

y

2

,

z

+

z

2

)

( \dfrac{x + x'}{2} , \dfrac{y + y'}{2} , \dfrac{z + z'}{2} )

(2x+x,2y+y,2z+z)

当奇偶性相同的时候 , 连线中点的空间坐标的三个数都是整数 ;

空间坐标

(

x

,

y

,

z

)

(x,y,z)

(x,y,z)

(

x

,

y

,

z

)

(x' , y' , z')

(x,y,z) 的奇偶模式有

2

3

=

8

2^3 = 8

23=8 ; 分别是

  • 1

    1

    1 个坐标

    x

    ,

    x

    x , x'

    x,x 奇偶相同 / 不同 , 两种情况 ;

  • 2

    2

    2 个坐标

    y

    ,

    y

    y , y'

    y,y 奇偶相同 / 不同 , 两种情况 ;

  • 3

    3

    3 个坐标

    z

    ,

    z

    z , z'

    z,z 奇偶相同 / 不同 , 两种情况 ;

上述每个坐标有两种情况 , 三个坐标下来就是

2

×

2

×

2

=

8

2 \times 2 \times 2 = 8

2×2×2=8 种情况 , 这是乘法原则 ;

空间中

9

9

9 个格点 , 每个格点的奇偶模式有

8

8

8 种 ;

可以等价理解为鸽巢原理的 :

9

9

9 个物体放到

8

8

8 个盒子中 , 则 至少有一个盒子中有

2

2

2 个 或

2

2

2 个以上的物体 ;

因此至少有

2

2

2 个或

2

2

2 个以上的格点的奇偶模式是相同的 ;

因此 :

2

2

2 个奇偶模式相同的格点连接的中点 , 肯定是格点 ;

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