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鴿籠原理

大二 · 離散數學

觀念

籠子123456鴿子●●●●●●●

鴿籠原理 (pigeonhole principle):n+1n+1 隻鴿子放進 nn 個籠子,必有一籠至少 2 隻。廣義版:NN 隻放 nn 籠,必有一籠至少 ⌈N/n⌉\lceil N/n\rceil 隻。它顯然到不像定理,威力卻在於選對「籠子」。

反向問法「至少要幾個才保證」用最壞情況思考:要保證某籠有 kk 個,先讓每籠塞 k−1k-1 個(共 n(k−1)n(k-1))都還不夠,再加 1 就一定行:n(k−1)+1n(k-1)+1。

算例:13 人必有兩人同月生日;要保證 3 人同月需 12×2+1=2512\times2+1 = 25 人;任取 5 個整數必有兩個除以 4 同餘。

經典應用:任意 n+1n+1 個不超過 2n2n 的正整數中必有一個整除另一個;無損壓縮不可能對所有檔案都變小;Ramsey 理論「6 人中必有 3 人互識或互不識」。

例題

抽屜裡有 77 種顏色的襪子(每種很多隻),摸黑最少要拿幾隻才能保證有兩隻同色?

看解法與答案

77 種顏色是 77 個籠子,襪子是鴿子。

最糟情況:拿 77 隻剛好每色一隻,還沒有同色;第 88 隻一定與某隻同色,所以 7+1=87 + 1 = 8 隻。

答案: 88

用在哪裡

插畫

鴿籠原理:情境插畫鴿籠原理:例題插畫

學習路徑

先學會

互動練習在本機版

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