染格定理


染格定理


老椰子

一九七六年,计算机系建系。王湘浩老师虽说是计算机系之父,但由于当时对知识
分子的歧视还是很厉害的,所以只给委了个软件教研室主任(系里的头头是行政干
部、工宣队、系里工人和“革命教师”的组合)。

每周三在教研室由书记领着大家政治学习,念报纸、读文件、学习毛主席著作,紧
跟党的基本路线,批邓、反击右倾翻案风。当然,有时候就会扯些别的。

在座的几乎全是老先生的学生,对老先生自然非常尊敬。

有一天,老先生出了一道数学题,大家就抢着做。最后,由外号周大仙儿的周长林
老师(当时是助教)夺魁。快手苏运霖稍慢一步,饮恨沙场。老先生说:“大仙儿
聪明!”我还从来没听过老先生这样夸过别人。

我把这道题记下来,取名染格定理。此定理可简述如下:设有一矩形,被划分成横
七竖四共二十八个格子。假定用一种颜色来染其中的格子。证明:无论染法如何,
总有一个这个矩形的子矩形,它的四角的格子或者都被染了,或者都没有被染。但
是,若竖列的个数改为六则上述结论不对。

[证明〕任取一种染法。

如果有二竖列每列各有三格以上同色则定理为真。舍此则是:没有二竖列每列各有
三格以上同色。

对任一竖列,任三格不同色(二染二未染)有六种可能(C〔2,4〕=6)。如果
有两个如此的竖列则定理为真。舍此则是:七列中必有一列三格以上同色。不妨假
设第一列下三格已染,考虑去掉第一行和第一列的这个矩形的子矩形(横六竖三)。

如果某个竖列有两格已染则定理为真(第一列下三格已染)。舍此则是:此六列只
能取一格未染和只染一个的四种形式(1+C〔1,3〕=4)。这样,至少有两列
形式相同,于是定理为真。

总之,定理恒为真。

对竖列的个数为六情形,如下染法就是个反例:
(1,1)(1,2)(1,3)
(2,3)(2,4)(2,5)
(3,2)(3,5)(3,6)
(4,1)(4,4)(4,6)

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C〔m,n〕:从n个元素中取m个元素的组合。

二零零零年九月六日于纽约


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