彭林
《晏子春秋》里记载了一个“二桃杀三士”的故事。
齐景公门下有三名武功超群的勇士,他们虽为齐国立过不少功劳,但却都因居功自傲,目中无人,横行霸道,齐国的宰相晏婴就想除掉他们。晏婴知道,用武力绝对制服不了三人,只能用别的计谋。于是,他请齐景公赏赐三名勇士两个桃子,并且吩咐说:“你们自己按各人功劳的大小去分配桃子吧!”
三名勇士都要求自己单独吃一个桃子,否则,就意味着自己的功劳不大,岂不有失勇士的面子,这是绝对不能让步的。但他们又感到虽然自己单独吃一个桃子是受之无愧的,但这样一来,其余两位就只能合吃一个桃子了,这将使他们感到奇耻大辱,为了夸耀自己而羞辱朋友,又有损哥儿们义气。他们左右为难,便都赌气自杀了。
晏子不费吹灰之力便达到了预期的目的,实在算得上“阴谋”。但有趣的是,他却运用了数学中的一个重要的原理――抽屉原则。
抽屉原则是这样的:
3个苹果放到2个抽屉里,那么,我们可以断言,至少有一只抽屉里有2个或2个以上的苹果。
这是十分容易想通的。倘若所有的抽屉里都只放了一个苹果或没有苹果,那么,两只抽屉一共最多只有2个苹果,而现在却有了3个苹果,所以这种假设是不可能。
我们用〔x〕表示不超过x的最大整数。不难知道,
〔5.1〕=5,
〔5〕=5
〔-2.3〕=-3。
利用记号〔x〕,我们可以把抽屉原则表示成:
n个苹果放在m只抽屉里(n>m),如果n是m的倍数,那么至少有
在“二桃杀三士”的故事中,把桃子看作“抽屉”,勇士看作“苹果”,这样,n=3,m=2。那么,至少有一只抽屉里的苹果数不少于
即至少有2名勇士只能吃一个桃子。
抽屉原则虽然很直观,十分显然,但应用面极广,灵活性极大。抽屉原则与课内知识联系不太直接,开始会给同学们带来学习的困难。为此,我们专门设计了一些与教材结合密切的有趣的例题,供大家研究参考。
例1 某校五年级学生共367人,他们都是同一年出生的,可以断言,其中至少有两个同学是同一天出生的。请你说明其中的道理。
分析与解 把一年中的365天(若是闰年是366天)的每一天看作一个“抽屉”,把每一个学生看成一个“苹果”。出生在同一天的学生应认为是放在同一个“抽屉”中的苹果”。根据抽屉原则,至少有
苹果落在同一个抽屉之中,即至少有两个学生是同一天出生的。
例2 学校举行演讲比赛,24个班中共有73人报名,那么必有一个班至少有4名同学报名。请说明其中的道理。
分析与解 本题相当于把73个“苹果”放入24个“抽屉”。根据抽屉原则,至少有一个抽屉不少于
苹果,即必有一个班至少有4名同学报名。
例3 扑克牌四种花色(红桃、黑桃、梅花、方块)每种13张牌,另有大、小王牌各一张,某同学摸了其中的12张牌。可以断言,其中至
少有三张的花色相同。请你说明理由。
分析与解 某同学所摸的12张牌中,四种花色的牌至少10张(当大、小王都被他摸到时)。根据抽屉原则,把四种“花色”看成四个“抽屉”,把10张牌看成10个“苹果”,则至少有
苹果放在同一个抽屉中,也就是至少有三张同样花色的牌。
大家可以看到,运用抽屉原则时,必须先弄清题意,分清什么是“苹果”,什么是“抽屉”,对于“抽屉”又是满足什么性质的“抽屉”。在下面的问题中大家再细心体会。
例4 在任意给出的五个整数中必有三个数,其和是3的倍数。请你说明理由。
分析与解 一个整数被3除,其余数只可能是0,1,2三种。因此,可以把整数分为三类:被3除“余0类”,被3除“余1类”,被3除“余2类”。
(1)若所给的整数这三类的数都具备,我们从每一类中各取一个。比如,
x取自“余0类”,则x=3p;
y取自“余1类”、则 y=3q+1;
z取自“余2类”,则z= 3r+2。
∴ x+y+z=3(p+q+r+1),
即 x+y+z是3的倍数。
(2)若这五个整数至多属于“余1类”,“余2类”,“余3类”这三类中的两类,这时,我们把这所属的两类,看作两个“抽屉”,所给的五个数看作是放入这两个“抽屉”中的五个苹果”。根据抽屉原则,必有一个抽屉不少于
苹果,即必有一类中不少于3个数,显然,这三个数之和是3的倍数。
例5 将任意 9个整数随意填在 3×3的方格表中,每个方格中只能填入一个整数,那么,必存在两行,这两行所填入的6个数的总和是一个偶数。请你说明理由。
分析与解 设所填的9个整数
a1,a2,a3,a4,a5,a6,a7,a8,a9如下表所示。
令 a1+a2+a3=S1,
a4+a5+a6=S2,
a7+a8+a9=S3。
把整数分为“奇数”、“偶数”两个“抽屉”,S1、S2、S3是三个“苹果”,根据抽屉原则,存在一个抽屉中至少有
苹果,即S1、S2、S3中至少有两个数奇偶性相同,不妨设S1+S2是偶数。所以,a1+a2+a3+a4+a5+a6是个偶数。
例6 从1,3,5,……,29这15个奇自然数中,任取9个数,其中一定有两个数之和是32。请你说明理由。
分析与解 先把两数之和是32的“数对”找出,形成满足条件的前7个“抽屉”,再把“1”作为第8个“抽屉”。根据抽屉原则,必存在某个抽屉中有
数,显然这两个数的和是32。
1947年,匈牙利数学竞赛有一道题是:“在任何6个人中,一定可以找到3个互相认识或不认识的人”。
当年,这道试题使一些同学茫然不知所措,绞尽脑汁却连入门之径都没有找到。其实,只要他们懂得抽屉原则,这道题的解答是很简单的:
我们用A、B、C、D、E、F来代表6个人,在其中随便找一个人,例如A吧,其余的人或者与A认识,或者与A不认识。现在,把“与A认识”和“与A不认识”当作两个“抽屉”,把其余5个人看作5个“苹果”,根据抽屉原则,一定有一个抽屉里至少有
