六人集會問題
(2011-02-16 22:38:36)
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榕城老應
好的智力遊戲,挑戰的是智力而不是知識。簡單直觀有確定的答案,但有一定的難度。問題的解決,不僅有征服高峰的快感,還常有開拓眼界的收獲。上一個帖子“稱球問題”就屬於這一類。
我這裏再出一道題。為了讓大家有收獲,先給大家一個思路。
我所學的許多知識中大約最直觀的就是這個“抽屜原理”了。它是組合數學的一個基本原理,最先是由德國數學家狄利克雷明確地提出來的,因此,也稱為狄利克雷原理。
這原理形象的說法是:將10個蘋果放在9個抽屜,至少有一個抽屜會有2個或以上的蘋果。如此等等,總之傻子都能明白的道理。其實我在上麵稱球問題的定理證明中就幾次用到抽屜原理。隻不過人人不打磕的就能通過,所以就不再提了。這抽屜原理,用信息也能給出個解釋,不過組合數學覺得用集合論就能說明白,就不提了。
抽屜原理如果沒有個不尋常的應用,那也沒人會認這個賬,早讓奧卡姆的剃刀給切去了。下麵是題目,給大家一個驗證的機會。
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人的集會上,有3個人以前彼此都相識,或者有3個人以前彼此不相識,這兩者必居其一。
這道題的數目有限,自然可以用枚舉法證明。但用抽屜原理,幾句話就能說清,你知道該怎麽證明嗎?
別看這道題簡單,六人集會問題是組合數學中著名的拉姆塞定理的一個簡單的特例,它的思路可以得出另一些深入的結論。它們構成了組合數學中的“拉姆塞理論”。
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你想出來怎麽證明了嗎?要是沒有,下麵是證明。
在6人中任選一人(稱為主人),他與其他5人的關係,可以分成兩類:認識的和不認識的。5人分2類,至少有一類是3人以上(抽屜原理)。
假設認識的至少有3人,這3人如果互相全不認識,就滿足問題中後一條件。否則,至少有兩人認識,再加上主人,就有了互相認識的3個人,滿足前一條件。因此,兩條件必居其一。
假設不認識的起碼有3人,將前一假設論中“認識”與“不認識”互換,完全對稱地可以證明了結論。
以此類同的,比如信息傳遞也是,給世界上任何一個人寫信,隻要四行地址就能把收信人唯一地給確定下來,這點,我覺得也有點“不可思議”。
“在3個或以上的人群中,若每兩個人都有一個共同相識的人,肯定有一個人和誰都認識”。不知道在數學上怎麽把這兩個定理連起來。
另外,數字六很有意思,有個六度分隔的定理,也叫小世界現象吧。說世界上任何兩個不管多麽陌生的人,肯定可以找到六個互相彼此熟悉的人把他們聯係起來。
在立體幾何中,數字“6”出現的也很頻繁。