抽屜問題

抽屜問題又名狄利克雷原則,是符合某種條件的對象存在性問題有力工具。具體指一:把多於n個的元素,按任意確定的方式分成n個集合,那么一定至少有一個集合中,含有至少兩個元素。二:把多於m×n個元素放入n個抽屜中,那么,一定有一個抽屜里有m+1個或者m+1個以上的元素。

基本介紹

  • 中文名:抽屜問題
  • 又叫狄利克雷原則
  • 包含:按任意確定的方式分成n個集合
  • 問題:如何構造抽屜
簡介,例子,練習,

簡介

抽屜問題,又叫狄利克雷原則
原則一:把多於n個的元素,按任意確定的方式分成n個集合,那么一定至少有一個集合中,含有至少兩個元素。
原則二:把多於m×n個元素放入n個抽屜中,那么,一定有一個抽屜里有m+1個或者m+1個以上的元素。抽屜原則是證明符合某種條件的對象存在性問題有力工具。套用抽屜原則解決問題的關鍵是如何構造抽屜。

例子

例1:在一個大口袋中裝著紅、黃、綠三種玻璃球各有很多個。如果每次隨意拿3個球,拿11次,至少有兩次玻璃球顏色狀況完全相同,請說明理由。
分析:所謂兩次玻璃球顏色狀況完全相同,是指如果有一次拿的是1黃2綠,另一次也拿的是1黃2綠,它們的顏色狀況就是完全相同。怎么說明呢?這就需要造抽屜,用抽屜原則來說明。隨意拿出3個球,會有不同的狀況,我們把它找全,每一種顏色狀況就是一個抽屜,有多少種不同的顏色狀況,就有多少個抽屜。
解:每次拿3個球,有10種不同的顏色狀況,把這10種不同的顏色狀況看成10個抽屜,拿的11次看成11個物體,根據抽屜原則一,把11個物體放入10個抽屜中,一定有兩個或兩個以上的物體。也就是說拿11次,一定至少有兩次玻璃球的顏色狀況完全相同。
例2:求證1997年1月出生的任意32個孩子中,至少有兩個人是同一天出生的。
分析:1997年1月份共31天,為了回答上述問題,我們不妨假設1月份這31天為31個抽屜,而將1月份出生的任意32個孩子看作32個元素。根據抽屜原理一知,有一隻抽屜里至少放入了兩個元素。
解:答:1月份出生的任意32個孩子中,至少有兩個人是同一天出生的。

練習

1、求證:任意互異的8個整數中,一定存在6個整數x1、x2、x3、x4、x5、x6使得(x1-x2)·(x3-x4)·(x5-x6)恰是105的倍數。
分析:由於105=3×5×7,而3、5、7兩兩互質,所以只要能找到兩個數,比如x1、x2,使得x1-x2是7的倍數,同理x3-x4是5的倍數,x5-x6是3的倍數,題目即得證。
解:根據抽屜原理一,在所給的任意8個整數中,必有兩個整數被7除的餘數相同,不妨設這兩個數為x1、x2,則有7|(x1-x2),或表示為:x1-x2=7k1(其中k1為不等於零的整數)。在餘下的6個數中,必有兩個數被5除的餘數相同,不妨設這兩個數為x3、x4,使得x3、x4滿足:x3-x4=5k2(k2為非零整數)。在餘下的4個數中,必有兩個整數被3除所得餘數相同,不妨設這兩個數為x5、x6,使得x5-x6=3k3(k3為非零整數)。
(x1-x2)·(x3-x4)·(x5-x6)
=7k1·5k2·3k3
=105×整數
即:從任意給定的互異的8個整數中,一定可以找到6個數x1、x2、x3、x4、x5、x6使得(x1-x2)·(x3-x4)·(x5-x6)是105的倍數。
2、一個袋裡有四種不同顏色的小球,每次摸出兩個,要保證有10次所摸的結果是一樣的,至少要摸多少次?
分析:當摸出的兩個球的顏色相同時,可以有四種不同的結果。當摸出的兩個球的顏色不同時,最多可以有3+2+1種不同的結果。將上述10種不同的結果作為10個抽屜。
解:要求10次摸出的結果相同,依抽屜原理二,至少要摸9×10+1=91(次)。
3、 一個圓上有40條直徑,在每條直徑兩端各填上一個數,所填數字可以從1到20中任意選。一定存在兩條直徑,兩端點數字之和相等。
分析:我們做抽屜的方向一定是當每條直徑的兩端從1到20中任選數字填在上面時,會有多少種不同的和。把這些不同的和分別作為抽屜。再去與直徑的條數做比較,就可以得出結論。
解:直徑兩端和最小的是2,最大的是400。因此,共有39種不同的和,把39種不同的和看成39個抽屜,直徑的條數是40,大於39,所以一定存在著兩條直徑,兩端數字之和相等。
4、能否在8行8列的方格表的每一個空格中分別填上1、2、3這三個數字中的任意一個,使得每一行、每一列及對角線AC、BD上的各個數字的和各不相同?對你的結論加以說明。
分析與解答:8行8列及兩條對角線,共有18條“線”,每條“線”上都填有8個數字,要使各條“線”上的數字和均不相同,那么各條“線”上的數字和的取值情況應不少於18種。下面我們來分析一下各條“線”上取不同和的情況有多少種。如果某一條“線”上的8個數字都填上最小的數1,則可得到數字和的最小值8;如果某一條“線”上的8個空格中都填上最大的數3,那么可得到數字和的最大值24。由於數字及數字和均為整數,所以從8到24共有17種不同的值。我們將數字和的17種不同的值看作17個抽屜,而將18條“線”看作18個元素。根據抽屜原理一,將18個元素放入17個抽屜中,一定有一隻抽屜中放入了至少兩個元素。即18條“線”上的數字和至少有兩個相同,所以不可能使18條“線”上的各數字和互不相同。
5、由6個隊參加的單循環比賽(每兩個隊都要比賽一場),無論比賽進行到什麼時候,一定存在兩個隊,這兩個隊比賽過的場次數相同。
分析:無論比賽進行到什麼時候,所有比賽過的比賽過的場次從0場到5場都有可能出現。因此,就會有5個不同的抽屜。
解:參賽的隊有6個,有5個抽屜,根據抽屜原則一,無論比賽進行到什麼時候,一定有兩個隊比賽過的場次相同。

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