2抽屜原則

2023-01-03 02:30:04 字數 2922 閱讀 6692

抽屜原則也叫鴿籠原理,它是德國數學家狄利克雷首先提出的,因此也叫狄利克雷原理。抽屜原則是組合數學中基本原理之一,它是解決存在性問題的理論依據。

1.基本原理

抽屜原則有多種表現形式,最基本的原理如下:

定理1 把n+1個球放入n個盒子裡,則必有乙個盒子至少有兩個球。

定理2 設是正整數,把個球放入n個盒子,則存在,使得第i個盒子裡至少裝有個球。

在定理2中令=2,則可得到定理1,因此定理2是定理1的推廣.

定理1與定理2都叫抽屜原則,為了解決存在性問題,掌握如下一些結論是必要的.

定理3 把無限集劃分成有限個子集,則必有乙個子集為無限集.

定理4 設是實數,,則中必有乙個數不小於a,也有乙個數不大於a.

定理5 設是正實數,,則中必有乙個數不小於g,也有乙個數不大於g.

定理6 設n個圖形的面積分別是,把這n個圖形按任何方式一一搬到某個面積為s的平面圖形上去,如果,那麼至少有兩個圖形有公共點.

定理3至定理6均可用反證法證明,讀者不妨一試.定理3也叫抽屜原則,定理4和定理5常叫做平均量重疊原則或叫做平均值原理.定理6叫做面積重疊原則.

3.方法解讀

在用抽屜原則解題時,應注意如下幾個問題:

(1) 明確題目中什麼是球,什麼是盒;

(2) 明確球放入盒子的規則;

(3) 明確同一盒中的球所具有的性質;

(4) 掌握構造盒子的常用方法;

(5) 在球數與盒數不明確時,能熟練地對球數與盒數進行計數與估值;

(6) 在球數與盒數不滿足抽屜原則所要求的大小關係時,掌握增加球數或減少盒數的方法。

在用抽屜原則解題時,應掌握如下構造盒子的方法:

(1) 利用整數構造盒子.例如,若球具有整數特徵,則可把一些特定的整數看成盒子;

(2) 利用餘數構造盒子.例如,在考慮2個整數的差被整數n整除時,可把整數被n除的餘數看成盒子;

(3) 利用幾何元素構造盒子.例如,在考慮直線過定點時,可將一些特殊的點看成盒子;在考慮點間的距離時,可將特定的線段,小正方形,小三角形等幾何圖形看成盒子;

(4) 利用子集構造盒子.例如,在考慮集合的子集具有特定的性質時,可將某些子集看成盒子;

(5) 利用分類構造盒子.我們通常把球進行配對,分組或按某一條件進行分類,這時可把所配的對,所分的組以及所分的類看成是盒子;

(6) 利用n維向量構造盒子。例如,當我們考慮滿足某種條件的陣列存在時,可考慮用n維向量構造盒子.

例1 從1,2,3,……9中任取5個數,證明其中必有兩個數互質.

證將1,2,3,……9分成如下4組:,顯然同一組的兩個不同的數均互質。由於取出的5個數來自於4組,由抽屜原則知必有兩個數取自於同一組,從而這兩個數互質。

例2 (26屆imo候選題)設單位立方體內有1985個點,證明可以從中取出32個點,以它們為頂點的每乙個閉多邊形(可能有退化的)周長小於。

證明用平行於正方體面的平面將單位正方體分割成64個小立方體,每個小立方體的稜長為,由抽屜原則知,必有乙個小立方體內至少含有1985個點中的32個點,以這32個點為頂點的閉多邊形的每條邊的長均不超過小正方體的對角線長,所以閉多邊形的周長小於。

例3 設正整數n有下面的性質:從1,2,……n中任取24個不同的數,這24個數中必有兩數之差等於23,問這樣的n最大乙個值是多少?

解將1,2,3,……,46兩兩配對如下:共23對。在1,2,3,……,46中任取24個數,必有兩數來自於同一對,從而這兩數的差(大數減小數)為23。

下證n=46是具有這樣性質的數中最大的。事實上,若,則1到47的所有奇數共有24個,這24個數中任兩個的差為偶數,因此不能等於23。

例4 在中任意選出n+1個數,其中必有3個互不相同的數a,b,c,使得c=a+b。

證設選出的n+1個數分別為不妨設

1)令則有

2)由(1),(2)知,2n個數均屬於。由抽屜原則知,這2n個數中必有兩個相等。又互不相同,互不相同,從而必存在,使得,從而有。

例5 已知2n個自然數滿足下列兩個條件:

(1);

(2)。

求證2n可以表示為若干個之和。

證若,顯然2n可以表示為n個之和。若中至少有兩個不相同,不妨設。令,則構造出了乙個數列:,,,……,,且。

1)若存在,使得,因為,則,結論成立。

2)若對任意,不能被2n整除。令,其中。把看作「盒子」,把看作「球」,「盒子」有2n個,「球」有2n-1,根據抽屜原則,必存在,使得,即,故。結論成立。

例6 已知p個方程,個未知量的方程組

其中係數。求證方程組①有一解(),具有如下性質:

(1)全為整數;

(2)其中至少有乙個;

(3),j=1,2,…,q。.

證考慮適合條件(j=1,2,…,q)的所有有序陣列。這樣的陣列共有個。對每乙個上述有序陣列,令,i=1,2,…,q.

作有序組.

,故有序組至多有個。

而=,由抽屜原理知,必有兩個有序組與,使得由它們造出的有序組與完全相同。從而,i=1,2,…,p.

即,i=1,2,…,q.

令,i=1,2,…,q,則不全為0,為整數。

且.而是方程①的解,從而滿足要求。

例7 半徑為16的圓c內有650個點,證明存在內半徑為2,外半徑為3的圓環,它至少蓋住其中10個點。

證作半徑為19的圓c和同心圓b,則圓b的面積為.設圓c內的650個點分別為,以為圓心作內半徑為2外半徑為3的圓環,i=1,2,…,650,則這些圓環均在圓b內。因為每個圓環的面積均為,而,由面積重疊原則知必有10個圓環蓋住同一點,不妨設以為圓心的10個圓環都蓋住點o,由於,則以o為圓心,內半徑為2,外半徑為3的圓環蓋住點。

習題21.在1,4,7,10,13,……,100中任意選出20個數,證明其中至少有不同的兩對數,每對的和都等於104.

2.在中任取n+1個數,證明其中必有兩個數互素。

3.從1,2,3,……,2005中刪去一些數,使得剩下的數中任何乙個數都不等於其餘任意兩個不同數的積,問最少要刪去多少個數才能做到這一點?

《抽屜原理》反思

喇叭小學 蘇玉菊本課是小學六年級數學廣角的內容.抽屜原理 應用很廣泛且靈活多變,可以解決一些看上去很複雜 覺得無從下手,卻又是相當有趣的數學問題。但對於小學生來說,理解和掌握 抽屜原理 還存在著一定的難度。所以,本節課根據學生的認知特點和規律,在設計時著眼於利用學生已有的認知,激發學生興趣,提高解決...

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