Các bài toán về nguyên lý Dirichlet trong số học

Các bài toán về nguyên lý Dirichlet trong số học

Nguồn: toanmath.com

Báo tài liệu không phù hợp
Tài liệu gồm 26 trang, được trích đoạn từ cuốn sách Phân dạng và phương pháp giải toán số học và tổ hợp của tác giả Nguyễn Quốc Bảo, hướng dẫn giải các bài toán về nguyên lý Dirichlet trong số học, giúp học sinh ôn tập thi học sinh giỏi Toán bậc THCS và luyện thi vào lớp 10 môn Toán. A. KIẾN THỨC CẦN NHỚ 1. Giới thiệu nguyên lý Dirichlet. 2. Một số dạng áp dụng của nguyên lý Dirichlet. + Nguyên lý Dirichlet cơ bản. + Nguyên lý Dirichlet tổng quát. + Nguyên lí Dirichlet mở rộng. + Nguyên lí Dirichlet dạng tập hợp. 3. Phương pháp ứng dụng. B. CÁC DẠNG TOÁN THƯỜNG GẶP Dạng 1 : Chứng minh sự tồn tại chia hết. Thông thường ta coi m số tự nhiên đã cho là m “con thỏ”, các số dư trong phép chia các số tự nhiên đó cho n là những “lồng”; như vậy sẽ có n cái lồng: lồng i (0 ≤ i ≤ b) gồm những số tự nhiên đã cho chia cho n dư i. Dạng 2 : Bài toán về tính chất các phần tử trong tập hợp. Thông thường ta phải lập ra những tập hợp có tính chất cần thiết rồi sử dụng nguyên lí Dirichlet để chứng tỏ có hai phần tử thuộc hai tập hợp bằng nhau. Dạng 3 : Bài toán liên quan đến bảng ô vuông. Một bảng vuông kích thước n x n gồm n dòng, n cột và 2 đường chéo. Mỗi dòng, mỗi cột, mỗi đường chéo đều có n ô vuông. Một bảng các ô vuông kích thước m x n gồm m dòng và n cột. Dạng 4 : Bài toán liên quan đến thực tế. Khi chứng minh sự tồn tại một số đối tượng thỏa mãn điều kiện nào đó, ta thường sử dụng nguyên lí Dirichlet. Điều quan trọng nhất là phải xác định được “thỏ” và “lồng”. Dạng 5 : Bài toán liên quan đến sự sắp xếp. Các bài toán về sắp xếp chỗ, phân công việc không đòi hỏi nhiều về kiến thức và kĩ năng tính toán, chúng chủ yếu kết hợp suy luận lôgic để xét các khả năng có thể xảy ra với nguyên lí Dirichlet. Dạng 6 : Vận dụng nguyên lí Dirichlet vào các bài toán hình học. Một số các dạng toán hình học thường gặp: 1) Nếu trên một đoạn thẳng độ dài 1 đặt một số đoạn thẳng có tổng độ dài lớn hơn 1 thì có ít nhất hai trong số các đoạn thẳng đó có điểm chung. 2) Nếu trên đường tròn có bán kính 1 đặt một số cung có tổng độ dài lớn hơn 2π thì có ít nhất hai trong số các cung đó có điểm chung. 3) Trong một hình có diện tích S đặt một số hình có tổng diện tích lớn hơn S thì có ít nhất hai trong số các hình đó có điểm chung. C. BÀI TẬP ÁP DỤNG D. HƯỚNG DẪN GIẢI – ĐÁP SỐ

Xem trước nội dung

CHINH PHỤC KỲ THI HỌC SINH GIỎI CẤP HAI

A. KiÕn thøc cÇn nhí

1. Giới thiệu nguyên lý Dirichlet

Dirichlet (Đi-rích-lê) (1805 – 1859) là nhà

toán học người Đức, được cho là người đưa

ra định nghĩa hiện đại về hàm số. Trên cơ sở

quan sát thực tế, ông đã phát biểu thành

một nguyên lí mang tên ông – nguyên lí

Dirichlet: Không thể nhốt 7 con thỏ vào 3 cái

lồng mà mỗi cái lồng có không quá 2 con thỏ.

Nói cách khác, nếu nhốt 7 con thỏ vào 3 cái

lồng thì tồn tại ít nhất một lồng có từ 3 con trở

lên. Một cách tổng quát hơn, nếu có k lồng

để nhốt m con thỏ (với

k kn r = + (0 1) r k < ≤ − ) thì tồn tại ít nhất

một lồng có chứa từ n + 1 con thỏ trở lên.

Ta cũng có thể dễ dàng chứ minh nguyên lí Dirichet bằng phương pháp phản

chứng như sau: Giả sử không có một lồng nào chứ n + 1 con thỏ trở lên, tức là mỗi lồng

chứa nhiều nhất n con thỏ, thì số con thỏ chứa trong k lồng nhiều nhất chỉ có thể là kn con.

Điều này mâu thuẫn với giả thiết có m con thỏ với m kn r = + (0 1) r k < ≤ − .

Nguyên lí Dirichlet thật đơn giản, dễ hiểu nhưng được vận dụng vào giải rất nhiều bài

toán trong số học, đại số, hình học về việc chỉ ra sự tồn tại của một hay nhiều đối tượng

thỏa mãn một điều kiện đặt ra.

Khi sử dụng nguyên lí Dirichlet vào bài toán cụ thể, điều quan trọng là phải nhận ra (hay

tạo ra) Lồng hoặc Thỏ hoặc cả Lồng và Thỏ.

2. Một số dạng áp dụng của nguyên lý Dirichlet

• Nguyên lý Dirichlet cơ bản: Nếu nhốt + n 1 con thỏ vào n cái chuồng thì bao giờ cũng có

một chuồng chứa ít nhất hai con thỏ.

CHỦ ĐỀ

8

NGUYÊN LÝ DIRICHLET

TRONG SỐ HỌC

TỦ SÁCH CẤP 2| 202

BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI CẤP 2 |

CHUYÊN ĐỀ SỐ HỌC

• Nguyên lý Dirichlet tổng quát: Nếu có N đồ vật được đặt vào trong k hộp thì sẽ tồn tại

một hộp chứa ít nhất      

N k đồ vật. (Ở đây   x là số nguyên nhỏ nhất có giá trị nhỏ hơn

hoặc bằng x)

• Nguyên lí Dirichlet mở rộng: Nếu nhốt n con thỏ vào ≥ m 2 cái chuồng thì tồn tại một

chuồng có ít nhất  + −    

n m 1 m con thỏ.

• Nguyên lí Dirichlet dạng tập hợp: Cho A và B là hai tập hợp khác rỗng có số phần tử

hữu hạn, mà số lượng phần tử của A lớn hơn số lượng phần tử của B. Nếu với một quy tắc

nào đó, mỗi phần tử của A cho tương ứng với một phần tử của B, thì tồn tại ít nhất hai

phần tử khác nhau của A mà chúng tương ứng với một phần tử của B.

3. Phương pháp ứng dụng.

Nguyên lí Dirichlet tưởng chừng như đơn giản như vậy, nhưng nó là một công cụ

hết sức có hiệu quả dùng để chứng mình nhiều kết quả hết sức sâu sắc của toán học.

Nguyên lí Dirichlet cũng được áp dụng cho các bài toán của hình học, điều đó được thể

hiện qua hệ thống bài tập sau:

Để sử dụng nguyên lý Dirichlet ta phải làm xuất hiện tình huống nhốt “thỏ” vào

“chuồng” và thoả mãn các điều kiện:

+ Số ‘thỏ” phải nhiều hơn số chuồng.

+ “Thỏ” phải được nhốt hết vào các “chuồng”, nhưng không bắt buộc chuồng nào

cũng phải có thỏ.

Thường thì phương pháp Dirichlet được áp dụng kèm theo phương pháp phản

chứng. Ngoài ra nó còn có thể áp dụng với các nguyên lý khác. Một số bài toán cơ bản

thường gặp như sau:

1) Trong n + 1 số tự nhiên bất kì luôn tìm được hai số chia cho n có cùng số dư (hoặc

hiệu của chúng chia hết cho n ).

2) Nếu trên một đoạn thẳng độ dài 1 đặt một số đoạn thẳng có tổng độ dài lớn hơn 1

thì có ít nhất hai trong số các đoạn thẳng đó có điểm chung.

3) Nếu trên đường tròn có bán kính 1 đặt một số cung có tổng độ dài lớn hơn π 2 thì

có ít nhất hai trong số các cung đó có điểm chung.

4) Trong một hình có diện tích S đặt một số hình có tổng diện tích lớn hơn S thì có ít

nhất hai trong số các hình đó có điểm chung.

B. CÁC DẠNG TOÁN THƯỜNG GẶP

 Dạng 1: Chứng minh sự tồn tại chia hết

* Cơ sở phương pháp:

.203 | CHUYÊN ĐỀ SỐ HỌC

Trên đây là phần đầu tài liệu — bấm Đọc sách để xem đầy đủ.