大家知道,兩個抽屜要放置三只蘋果,那么一定有兩只蘋果放在同一個抽屜里,更一般地說,只要被放置的蘋果數(shù)比抽屜數(shù)目大,就一定會有兩只或更多只的蘋果放進同一個抽屜,可不要小看這一簡單事實,它包含著一個重要而又十分基本的原則--抽屜原則.
1.抽屜原則有幾種最常見的形式
原則1如果把n+k(k≥1)個物體放進n只抽屜里,則至少有一只抽屜要放進兩個或更多個物體:
原則本身十分淺顯,為了加深對它的認(rèn)識,我們還是運用反證法給予證明;如果每個抽屜至多只能放進一個物體,那么物體的總數(shù)至多是n,而不是題設(shè)的n+k(k≥1),這不可能.
原則雖簡單.巧妙地運用原則卻可十分便利地解決一些看上去相當(dāng)復(fù)雜、甚至感到無從下手的總是,比如說,我們可以斷言在我國至少有兩個人出生的時間相差不超過4秒鐘,這是個驚人的結(jié)論,該是經(jīng)過很多人的艱苦勞動,統(tǒng)計所得的吧!不,只須我們稍動手算一下:
不妨假設(shè)人的壽命不超過4萬天(約110歲,超過這個年齡數(shù)的人為數(shù)甚少),則10億人口安排在8億6千4百萬個"抽屜"里,根據(jù)原則1,即知結(jié)論成立.
下面我們再舉一個例子:
例1幼兒園買來了不少白兔、熊貓、長頸鹿塑料玩具,每個小朋友任意選擇兩件,那么不管怎樣挑選,在任意七個小朋友中總有兩個彼此選的玩具都相同,試說明道理.
解從三種玩具中挑選兩件,搭配方式只能是下面六種:
(兔、兔),(兔、熊貓),(兔、長頸鹿),(熊貓、熊貓),(熊貓、長頸鹿),(長頸鹿、長頸鹿)
把每種搭配方式看作一個抽屜,把7個小朋友看作物體,那么根據(jù)原則1,至少有兩個物體要放進同一個抽屜里,也就是說,至少兩人挑選玩具采用同一搭配方式,選的玩具相同.
原則2如果把mn+k(k≥1)個物體放進n個抽屜,則至少有一個抽屜至多放進m+1個物體.證明同原則相仿.若每個抽屜至多放進m個物體,那么n個抽屜至多放進mn個物體,與題設(shè)不符,故不可能.
原則1可看作原則2的物例(m=1)
例2正方體各面上涂上紅色或藍色的油漆(每面只涂一種色),證明正方體一定有三個面顏色相同.
證明把兩種顏色當(dāng)作兩個抽屜,把正方體六個面當(dāng)作物體,那么6=2×2+2,根據(jù)原則二,至少有三個面涂上相同的顏色.
2.制造抽屜是運用原則的一大關(guān)鍵
3.較復(fù)雜的問題須反復(fù)地運用抽屜原則,將復(fù)雜問題轉(zhuǎn)化為簡單問題.
例9以(x,y,z)表示三元有序整數(shù)組,其中x、y、z為整數(shù),試證:在任意七個三元整數(shù)組中,至少有兩個三元數(shù)組,它們的x、y、z元中有兩對都是奇數(shù)或都是偶數(shù).
分析設(shè)七個三元素組為A1(x1,y1,z1)、A2(x2,y2,z2)、…、A7(x7,y7,z7).現(xiàn)在逐步探索,從x元開始,由抽屜原則,x1,x2,…,x7這七個數(shù)中,必定有四個數(shù)具有相同的奇偶性,不妨設(shè)這四個數(shù)是x1,x2,x3,x4且為偶數(shù),接著集中考慮A1、A2、A3、A4這四組數(shù)的y元,若比如y1,y2,y3,y4中有兩個是偶數(shù),則問題已證,否則至多有一個是偶數(shù),比如y4是偶數(shù),這時我們再來集中考慮A1、A2、A3的z元.在z1,z2,z3中,由抽屜原則必有兩個數(shù)具有相同的奇偶性,如z1、z2,這時無論它們是奇數(shù),還是偶數(shù),問題都已得到證明.