有趣的數學問題-鴿巢原理


鴿巢原理,也稱抽屜原理。形象地說明一下:假設有n個鴿籠,有kn+1只鴿子,將所有的鴿子都放入籠子里,那么至少有一個籠子最少裝有k+1只鴿子。

常見形式:

1、把多於n+1只鴿子放到n個籠子里,則至少有一個籠子里不少於兩只鴿子。

2、把多於m*n只鴿子放到n個籠子里,則至少有一個籠子里有不少於m+1只鴿子。

3、把m*n-1只鴿子放到n個籠子中,其中必須有一個籠子至多有m-1只鴿子。

相關趣味數學題:

1)同一年出生的400人中至少有2個人的生日相同。

2) 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。

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,那么根據形式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。

3) 從2、4、6、…、30這15個偶數中,任取9個數,證明其中一定有兩個數之和是34。

能構成34的偶數對為(4,30)、(6,28)、(8,26)、(10,24)、(12,22)、(14,20)、(16,18)共7對,這樣還剩下一個2無法組隊。取9個數,假如取2,剩下的數便從7個偶數對中選取8個,將偶數對看作抽屜,選取的8個數看作物品,類似於形式1。所以任意選9個數,必有兩個數之和為34。

4) 從1到20這20個數中,任取11個數,必有兩個數,其中一個數是另一個數的倍數。

分析與解答 根據題目所要求證的問題,應考慮按照同一抽屜中,任意兩數都具有倍數關系的原則制造抽屜.把這20個數按奇數及其倍數分成以下十組,看成10個抽屜(顯然,它們具有上述性質):
{1,2,4,8,16},{3,6,12},{5,10,20},{7,14},{9,18},{11},{13},{15},{17},{19}。
從這10個數組的20個數中任取11個數,根據抽屜原理,至少有兩個數取自同一個抽屜.由於凡在同一抽屜中的兩個數都具有倍數關系,所以這兩個數中,其中一個數一定是另一個數的倍數。

5)某校校慶,來了n位校友,彼此認識的握手問候.請你證明無論什么情況,在這n個校友中至少有兩人握手的次數一樣多。

共有n位校友,每個人握手的次數最少是0次,即這個人與其他校友都沒有握過手;最多有n-1次,即這個人與每位到會校友都握了手.然而,如果有一個校友握手的次數是0次,那么握手次數最多的不能多於n-2次;如果有一個校友握手的次數是n-1次,那么握手次數最少的不能少於1次。不管是前一種狀態0、1、2、…、n-2,還是后一種狀態1、2、3、…、n-1,握手次數都只有n-1種情況。把這n-1種情況看成n-1個抽屜,到會的n個校友每人按照其握手的次數歸入相應的“抽屜”,根據抽屜原理,至少有兩個人屬於同一抽屜,則這兩個人握手的次數一樣多。

6)15個網球分成數量不同的4堆,數量最多的一堆至少有多少個球?

15可分拆多少種4個互不相同的整數之和,而15=1+2+3+9=1+2+4+8=1+2+5+7=1+3+4+7=1+3+5+6=2+3+4+6,所以最多一堆的球數可能是9、8、7、6,其中至少有6個。

7)證明:任取8個自然數,必有兩個數的差是7的倍數。

在與整除有關的問題中有這樣的性質,如果兩個整數a、b,它們除以自然數m的余數相同,那么它們的差a-b是m的倍數。根據這個性質,本題只需證明這8個自然數中有2個自然數,它們除以7的余數相同。我們可以把所有自然數按被7除所得的7種不同的余數0、1、2、3、4、5、6分成七類.也就是7個抽屜。任取8個自然數,根據抽屜原理,必有兩個數在同一個抽屜中,也就是它們除以7的余數相同,因此這兩個數的差一定是7的倍數。

8)對於任意的五個自然數,證明其中必有3個數的和能被3整除。

任何數除以3所得余數只能是0,1,2,不妨分別構造為3個抽屜:【0】、【1】、【2】

若這五個自然數除以3后所得余數分別分布在這3個抽屜中(即抽屜中分別為含有余數為0,1,2的數),我們從這三個抽屜中各取1個(如1~5中取3,4,5),其和(3+4+5=12)必能被3整除。

若這5個余數分布在其中的兩個抽屜中,則其中必有一個抽屜至少包含有3個余數(抽屜原理),即一個抽屜包含1個余數,另一個包含4個,或者一個包含2個余數另一個抽屜包含3個。從余數多的那個抽屜里選出三個余數,其代數和或為0,或為3,或為6,均為3的倍數,故所對應的3個自然數之和是3的倍數。

若這5個余數分布在其中的一個抽屜中,很顯然,從此抽屜中任意取出三個余數,同情況②,余數之和可被3整除,故其對應的3個自然數之和能被3整除。

9)任意給定7個不同的自然數,求證其中必有兩個整數,其和或差是10的倍數。

注意到這些數除以10的余數即個位數字,以0,1,…,9為標准制造10個抽屜,標以[0],[1],…,[9]。若有兩數落入同一抽屜,其差是10的倍數,只是僅有7個自然數,似不便運用抽屜原則,再作調整:[6],[7],[8],[9]四個抽屜分別與[4],[3],[2],[1]合並,則可保證至少有一個抽屜里有兩個數,它們的和或差是10的倍數。

10)正方體各面上塗上紅色或藍色的油漆(每面只塗一種色),證明正方體一定有三個面顏色相同。

正方形有6個面 由最多[(m-1)÷n]+1,得出[(6-1)÷2]+1=[2.5]+1=3。

11)有5個小朋友,每人都從裝有許多黑白圍棋子的布袋中任意摸出3枚棋子.請你證明,這5個人中至少有兩個小朋友摸出的棋子的顏色的配組是一樣的。

首先要確定3枚棋子的顏色可以有多少種不同的情況,可以有:3黑,2黑1白,1黑2白,3白共4種配組情況,看作4個抽屜.根據抽屜原理,至少有兩個小朋友摸出的棋子的顏色在同一個抽屜里,也就是他們所拿棋子的顏色配組是一樣的。

12)木箱里裝有紅色球3個、黃色球5個、藍色球7個,若蒙眼去摸,為保證取出的球中有兩個球的顏色不相同,則最少要取出多少個球?

把3種顏色看作3個抽屜,要符合題意,則小球的數目必須大於7,故至少取出8個小球才能符合要求。

13)一幅撲克牌有54張,最少要抽取幾張牌,方能保證其中至少有2張牌有相同的點數?

點數為1(A)、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11(J)、12(Q)、13(K)的牌各取1張,再取大王、小王各1張,一共15張,這15張牌中,沒有兩張的點數相同。這樣,如果任意再取1張的話,它的點數必為1~13中的一個,於是有2張點數相同。

14)11名學生到老師家借書,老師是書房中有A、B、C、D四類書,每名學生最多可借兩本不同類的書,最少借一本。試證明:必有兩個學生所借的書的類型相同。

若學生只借一本書,則不同的類型有A、B、C、D四種,若學生借兩本不同類型的書,則不同的類型有AB、AC、AD、BC、BD、CD六種。共有10種類型,把這10種類型看作10個“抽屜”,把11個學生看作11個“蘋果”。如果誰借哪種類型的書,就進入哪個抽屜,由抽屜原理,至少有兩個學生,他們所借的書的類型相同。

15)有50名運動員進行某個項目的單循環賽,如果沒有平局,也沒有全勝,試證明:一定有兩個運動員積分相同。

設每勝一局得一分,由於沒有平局,也沒有全勝,則得分情況只有1、2、3……49,只有49種可能,以這49種可能得分的情況為49個抽屜,現有50名運動員得分,則一定有兩名運動員得分相同。

16)一副撲克牌有四種花色,每種花色各有13張,現在從中任意抽牌。問最少抽幾張牌,才能保證有4張牌是同一種花色的?

根據抽屜原理,當每次取出4張牌時,則至少可以保障每種花色一樣一張,按此類推,當取出12張牌時,則至少可以保障每種花色一樣三張,但還要加上大小怪,所以當抽取第15張牌時,無論是什么花色,都可以至少保障有4張牌是同一種花色。


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