趣題妙解──國際象棋中的問題

編輯: 逍遙路 關(guān)鍵詞: 初中數(shù)學(xué) 來源: 高中學(xué)習(xí)網(wǎng)

一個(gè)國際象棋盤。是一個(gè)8×8的64方格,歐拉曾研究過棋盤上馬的跳躍問題,他證明了,存在一個(gè)馬的跳躍路線,從一點(diǎn)出發(fā),經(jīng)過每一格一次且僅一次。最后又跳回到初始點(diǎn)。

上述的這樣一個(gè)馬步跳躍路線,稱為棋盤上的馬步哈密頓回路;如果不限制最后一步還要能跳回到始點(diǎn),則稱為馬步哈密頓路。定義m,n是正整數(shù),一個(gè)(m,n)馬,是指在一個(gè)充分大的棋盤上一步可縱橫跳m,n個(gè)格或n,m個(gè)格。于是,國際象棋的馬是(1,2)馬。下面給出一個(gè)定理,它刻畫了(2,3)馬和(1,2)馬的本質(zhì)區(qū)別。定理從8×8棋盤上任一點(diǎn)出發(fā),均不存在(2,3)馬的馬步哈密頓路。證把8×8棋盤分成A,B兩個(gè)區(qū),如右圖1所示:

分兩種情形證明:(1)若起始點(diǎn)在A區(qū),存在(2,3)馬的馬步哈密頓路,由于從A區(qū)的任一方格經(jīng)一步(2,3)馬,它可以到A區(qū)的一格或B區(qū)的一格;而由B區(qū)的一格經(jīng)一步(2,3)馬只能跳到A區(qū)的一格,注意到A區(qū)的方格數(shù)和B區(qū)的方格數(shù)是同樣多的,所以必須從A區(qū)到B區(qū),再由B區(qū)至A區(qū)的交替跳躍,才可能不重復(fù)地跳遍A,B兩區(qū)。另一方面,我們把棋盤依黑白兩色染色,如右圖2所示:這樣,從A區(qū)的白(黑)格,經(jīng)一步(2,3)馬,必到B區(qū)的黑(白)格,再從B區(qū)的黑(白)格經(jīng)一步又回到A區(qū)的白(黑)格,如此下去,則只能跳過A區(qū)的白(黑)格和B區(qū)的黑(白)格,這和其存在(2,3)馬的馬步哈密頓路相矛盾。(2)若起始點(diǎn)在B區(qū),若存在著馬步哈密頓回路,則(2,3)馬不能交替地在B區(qū)與A去之間跳躍,否則歸約到情形(1)的類似證明。于是,存在一步且僅有一步從區(qū)到區(qū)的跳躍,這是因?yàn)锳區(qū)與B區(qū)的方格數(shù)相等,從B區(qū)的方格經(jīng)一步(2,3)馬必須跳到A區(qū)的緣故?紤]圖1中下面的3行,如下圖所示:

現(xiàn)考慮(2,3)馬在P,Q,R之間的跳躍。若P,Q,R均尚未跳過。有以下情形:

(i)(2,3)馬首先跳到P點(diǎn)(首先跳到R的情形是類似的),由A,B區(qū)的構(gòu)造,知必是A區(qū)跳到P點(diǎn)的。繼而由(2,3)馬從P至Q,Q至R。如果只不是最后一個(gè)未跳過的點(diǎn)。則下一步必須跳至A區(qū)的某一點(diǎn)。這樣就出現(xiàn)了在A區(qū)之間的2次跳躍,因此R就是最后一個(gè)未跳過的點(diǎn)。當(dāng)R是最后一個(gè)未跳過的點(diǎn)時(shí),則考慮點(diǎn)S,T,U之間的(2,3)馬的馬步跳躍。當(dāng)先跳到S或U時(shí),由上述討論可知,在S,T,U間會(huì)出現(xiàn)第2次從A區(qū)到A區(qū)的跳躍;當(dāng)先跳到T時(shí),由下述(ii)的推理知至少出現(xiàn)兩次從A區(qū)到A區(qū)的跳躍。

(ii)(2,3)馬首先跳到Q點(diǎn),則(2,3)馬從Q至P,P必至A區(qū),經(jīng)若干步又由A區(qū)跳到R點(diǎn),至少出現(xiàn)2次從A區(qū)至A區(qū)的跳躍。(Q先至R后到P,討論相同)

若從Q不跳到P或R點(diǎn),它必跳到A區(qū)的某一點(diǎn),則在以后的跳躍中,必然會(huì)出現(xiàn)一次從A區(qū)跳至P點(diǎn),一次從A區(qū)跳至R點(diǎn),同樣會(huì)出現(xiàn)至少2次的從A區(qū)至A區(qū)的跳躍?傊,至少存在著2步從A區(qū)至A區(qū)的(2,3)馬的跳躍,這與存在(2,3──馬馬步哈密頓路及A區(qū),B區(qū)方格數(shù)相等相矛盾,定理證畢。


本文來自:逍遙右腦記憶 http://www.yy-art.cn/chuzhong/695861.html

相關(guān)閱讀:初一上冊(cè)數(shù)學(xué)你該怎么學(xué)?