鴿巢原理以及Ramsey定理詳解

2021-08-07 04:04:06 字數 3029 閱讀 7938

簡單形式:

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定理:如果有n+1個物體被放進n個盒子,那麼至少有乙個和紫包含兩個或者更多的物體。  

定理非常的簡單,但是真正用好這個定理卻需要一定的功底。

eg1.以為西洋棋大師有11周的時間備戰一場錦標賽,他決定每天至少下一盤西洋棋,但是為了不使自己過於疲勞,他還決定在每週不能下超過12盤。證明存在連續若干天,期間這位大師恰好下了21盤棋。

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證明:  

鴿巢原理的應用最終就是要找到物體和盒子,並且保證物體的數量要比盒子的數量多。  

令a1是第一天所下的盤數,a2是第一天和第二天下所下的盤數,以此類推,從而當想知道第n+1到第m天之間的盤數,只需要用am-an就能求出來了。(這裡你是否看到了樹狀陣列的影子)  

所以 1<=a1<=a2<=........<=a77<=132  

所以22<=a1+21<=a2+21<=.......<=a77+21<=153  

於是這154個數在1到153之間,運用鴿巢原理,必然存在ai = aj+21。  

即 ai - aj = 21,從第 j+1 天到第 i 天共下了21盤棋。  

加強形式(可以轉換成平均原理):

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令q1,q2.......qn為正整數。如果將  

q1+q2+......+qn+n-1  

個物體放入n個盒子,那麼,或者第乙個盒子至少含有q1個物體,或者第二個盒子至少含有q2個物體,.............或者第n個盒子至少含有qn個物體。  

eg2.證明每個由n^2+1的實數構成的序列a1,a2,............a(n^2+1)或者含有長度為n+1的遞增子串行或者含有長度為n+1的遞減子串行。

這裡的證明比較複雜,就不給出了

ramsey定理:

乙個比較流行的理解是:

在6個(或更多)的人中,或者有3個人,他們中的每兩個人都相互認識,或者有3個人,他們沒兩個人都相互不認識。

推廣為較一般的形式:

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kp -->km, kn  

即表示:對於給定的m和n,存在乙個整數p,使得如果kp的邊數被塗成紅色或者是藍色,那麼或者有乙個紅色的km,或者有乙個藍色的kn。  

平凡ramsey數:

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r(2, n) = r(n ,2) = n  

一些非平凡ramsey數:

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r(3, 3) = 6  

r(3, 4) = 9  

r(3, 5) = 14  

r(3, 6) = 18  

r(3, 7) = 23  

r(3, 8) = 28  

r(3, 9) = 36  

40<=r(3, 10)<=43  

r(4,4) = 18  

r(4,5) = 25  

43<=r(5,5)<=55  

在推廣為更為一般的形式,我們把其中的點對看成是有t個元素構成的子集,當t 等於1 的時候,即是上面的那種形式:

令k(t,n)表示n個元素的集合眾所有的t 個元素的子集的集合。

ramsey定理:

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給定乙個整數t>=2及整數q1,q2,.......qk>=t ,存在乙個整數p,使得  

k(t, n) --> k(t, q1)m, k(t, q2), ...........k(t, qk)   並且

r1(q1, q2, .........qk) = q1+q2+.........+qk-k+1 (鴿巢原理的加強形式)

下面有幾道很有意思的題:

1.用鴿巢原理證明,有理數m/n展開的十進位制小數最終都是要有迴圈的。例如:

34 478/99 900 = 0.345 125 125 125 ............

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首先這裡m/n肯定是不能整除的,不能整除等價於當我們把m和n進行約分後,兩者必然互質,即兩者的最大公約數為1,即可以寫成:  

am + bn = 1  

說明m/n最後肯定可以表示為 1/n 的形式,又因為 n 的因子不存在2和5(除法時,分子會乘以10,所以就約掉了2和5)。所以必然有:  

a*10^x + bn = 1  

這裡我們找到了乙個迴圈,從而證明了有理數m/n展開的十進位制小數最終是要有迴圈的。   

2.乙個屋子內有10個人,他們當中沒有人超過60歲,但是又至少不低於1歲。證明,總是能找出兩組人,各組人的年齡和相同的。

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證明:  

1<=a1<=a2<..................<=a1+a2<=..........<=a1+a2+a3+....a10<=600  

共有1023種組合,所以必然存在。  

總結:

對於鴿巢原理的核心就是:找到「盒子」以及「物品」,並且保證物品的「數量」要多於「盒子」

鴿巢原理及其擴充套件 Ramsey定理

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鴿巢原理 Ramsey數

這個原理聽起來會非常簡單,但是實際運用卻需要極大的構思能量 把n 1個物體放入n個盒子中,則至少有乙個盒子內有兩個或兩個以上物體。什麼當作盒子什麼當作物體是關鍵 例1 在邊長為2的正方形中5個點,至少存在兩個點,使得它們之間的距離小於等於2 2 顯然成立 例2 經典 任意一群人中至少存在兩個人,他們...