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在数学中,有许多原理是用发现它的数学家的名字命名的,目的是为了表彰数学家对数学发展所作出的贡献。比如,抽屉原理又叫狄里格雷原理,因为它首先是由数学家狄里格雷在数学中系统地应用了这一个原理。圆周率在3.至3.之间,我们称之为祖率,因为它首先由我国古代数学家祖冲之计算得到。使用数学家的名字来给数学原理命名的例子还有很多,比如这里讨论的拉塞姆原理。
拉塞姆原理是图论中的一个经典问题,它是一个比较高深的数学逻辑问题,它要表达的核心内容是“任何一个足够大的结构中必定包含有一个给定大小的规则子结构”。有一个相对浅显的例子来说明拉塞姆原理。
一个集会上,参加聚会的人一般都是来自四面八方,五湖四海的人,其中的两个人可能互相认识或者互相不认识(这里不考虑A认识B,但是B不认识A的尴尬情况),如果聚会的总人数等于或者超过6人,那么就可以断言说,其中至少有三个人,这3个人互相都认识或者都不认识。
这个问题的讨论很有意思,我们简单来画一画,人用点来表示,认识,不认识的关系分别用绿线和红线双箭头表示。这样理解,原来的问题结论可以转化为,在6人或者超过6人的情况下,至少有三人的相互之间的连线是相同的颜色,六人互相全连接下,存在同色三角形.
我们从2人开始画图,逐渐增加到5人,看是否能够找出反例,如下图:
例子可以发现,五人以内(包括五人)情况下,通过精心设计,可以做到不存在同色三角形。最少可以做到两人之间互相认识或者不认识。
但是对于6个人,考虑到某个人所连出来的线,在5条线中不是红色就是绿色,所以一定有一种线的数目大于或者等于3(这实际上是用了抽屉原理)。
假设,AB,AC,AD互不认识,此时,如果连接BC是红色,则出现了互相不认识的三个人,同理,CD,或者BD任意一条为红色,也总会构成一个三边同色的三角形。而BC,CD,BD如果都是绿线,则B,C,D构成了由绿线构成的三角形。B,C,D成为互相认识的三个人。
不管怎么说,在6个人的情况下总会出现同色三角形。也就是无论如何都能找到3个互相认识或者互相不认识的人。
如果只有5个点或者更少,则不一定成立,如上面画出的5个点的图中没有包含同色三角形。
如果多于6个点,当然一样成立,6就是存在同色撒尿性的最小点的数目。又
说到染色问题,还有一个特别有趣的斯皮诺定理:
把三角形ABC任意地分成许多个三角形,然后把三角形ABC三个顶点分别染上绿,黄,红三种颜色。然后在把这些小三角形的顶点也然上这三种颜色中的一种。不过又一个要求,如果小三角形的顶点落在三角形AB的某条边上,那么这个顶点只能染成该边上两个端点的颜色之一,如果小三角形的顶点落在三角形内部,那么它可以任染三种颜色之一,以上操作完成后,总可以至少找到一个小三角形,它的三个顶点恰好分别染了绿,黄,红三种颜色。如下图存在两个满足要求的小三角形。
这个问题的证明用到了集合论的内容,特别是给定集合下的子集间的包含关系。
应用
这个问题有一个有意思的应用,生活中每个人都离不开微信,两个微信好友之间客户互相朋友圈点赞,而两个互相不认识的人之间自然没有互相添加微信好友,也就无法看到彼此朋友圈的信息,更别提点赞了。根据上面的推导,可以得到一个有意思的结论,任何6个人之间要么至少有三个人可以互相点赞,要么三个人看不到彼此的朋友圈,或者两种情况同时存在,如下图所示,虚线表示可以自由定义颜色。
结束!
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