少有五个观众是同月同日生。
现在假定一年有三百六十五天。想像有一个很大的鸽子笼,这笼有编上“一月一日”,“一月二日”,至到“十二月三十一日”为止的标志的间隔。
假定现在每个间隔都塞进四个人,那么4×365=1460个是进去鸽子笼子里去,还剩下1500-1460=40人。只要任何一人进入鸽子笼,就有五个人是有相同的生日了。
五、鸽笼原理在数学上的运用
现在我想举一些数学上的问题说明鸽笼原理的运用。
(1)斐波那契数的一个性质
斐波那契数列是这样的数列:1,1,2,3,5,8,13,21,34,…。从1,1以后的各项是前面两项的数的和组成。
在18世纪时法国大数学家和物理学家拉格朗日(J.L.La-grange)发现这斐波那契数有这样有趣的性质:
如果你用2来除各项,并写下它的余数,你会看到这样的情形1,1,0,1,1,0,1,1,0,…
如果用3来除各项,写下它的余数,你就得到
1,1,2,0,2,2,1,0,1,1,2,0,2,2,1,0,…
如果用4来除各项,写下它的余数,你就会得到
1,1,2,3,1,0,1,1,2,3,1,0,…
现在观察用2除所得的数列,从开头算起每隔三段,后面的数列就重复前面的数列。用3除所得的数列,从开头算起每隔八段,后面的数列就重复前面的数列样子。对于以4除所得的余数数列也有同样的情况:每隔六段,后面的数列就重复前面的数列样子。
拉格朗日发现不管你用什么数字去除,余数数列会出现有规律的重复现象。
为什么会有这样的现象呢?
如果我们用一个整数K来除斐波那契数列的数,它可能的余数是0,1,2,…,K-1。
由于在斐波那契数的每一项是前面两项的和,它被K除后的余数是等于前两项被K除余数的和。(注意:如果这和是大过K,我们取它被K除后的余数)只要有一对相邻的余数重复出现,那么以后的数列从那对数开始就会重复出现了。不同对相邻余数可能的数目有K2个,因此由鸽笼原理,我们知道只要适当大的项数,一定会有一对相邻余数重复。因此斐波那契数列的余数数列会有周期重复现象。
(2)五个大头钉在等边三角板里的位置
有一个每边长2单位的正三角形(即三边都相等的三角形)的三角板。
你随便在上面钉上五个大头钉,一定会有一对大头钉的距离是小过一单位。
你不相信的话,可以做几次实验看看是否一直是如此。我现在要用鸽笼原理来解决这个问题。
在三角板的每边取中点,然后用线段连结这些中点,把这正三角形分成四个全等的小正三角形图。现在在每一个小三角形里任何两点的距离是不会超过1个单位。
由于我们有五个大头钉,不管怎么样放一定有两个要落进同一个小正三角形里,因此这两个大头钉的距离是不会超过一个单位。
六、动脑筋想想看
(1)给出任意12个数字,证明当用11来除时,一定有一对数的余数是相同。
(2)如果在一个每边都是2单位的正三角形板上随便钉上17个大
(3)如果在一个每边都是2单位的正方形板上随便钉上5根钉,
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