有七种颜色的珍珠,共计 $14$ 颗,其中每种颜色的珍珠各两颗;今把这些珍珠分装于七个珠盒中,使得每个珠盒中各有一对不同颜色的珍珠.
【难度】
【出处】
2009年全国高中数学联赛山西省预赛
【标注】
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证明:不论各盒中的珍珠怎样搭配,总可以将这七个珠盒分别放置于一个正七边形的七个顶点之上,使得七边形的任两个相邻顶点处所放置的盒中的四颗珍珠互不同色;标注答案略解析用点 $v_1,v_2,\cdots ,v_7$ 分别表示这七种颜色,如果一个 $v_i$ 色的珍珠和一个 $v_j$ 色的珍珠装在同一盒中($i\ne j$),则在点 $v_i$ 与 $v_j$ 间连一条边,这样就得到一个图 $G$(点 $v_i$ 与 $v_j$ 之间有可能连出两条边).
由于同一色的珍珠有两颗,每颗珍珠都需与一颗其他颜色的珍珠共盒,则图 $G$ 的每点恰好发出两条边;从 $G$ 的任一点 $A$ 出发,沿一条边走到点 $B$,再由 $B$ 沿另一条边走到 $C\cdots $ 如此下去,最后必定回到出发点 $A$(这是由于,途中经过的每个点 $P$ 都有两条边,若能沿一条边进入点 $P$,则必沿另一条边可离开点 $P$,而由点 $P$ 不能再回到途中已经过的点,因为这种点所发出的两条边都已走过,因此只能到达新点或回到出发点,而新点终将逐渐耗尽,最后必定回到出发点 $A$),这样就得到一个圈.
去掉这个圈,若剩下还有点,依上述方法,又将得到新的圈,若称两点的圈为“两边形”,则图 $G$ 的结构只有如下四种情况:情形一 一个七边形:情形二 一个五边形和一个两边形:情形三 一个四边形和一个三角形:情形四 一个三角形和两个两边形:对于每种情况,我们都对对应的边作出适当编号,并将这些边所对应的珠盒放置于七边形的顶点之上,如图所示:
因此所证结论成立.
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如将以上条件与待证结论中的“七”一律改为“五”,“$14$”改为“$10$”,则情况如何?标注答案结论不成立解析当 $14$ 颗七色珍珠改为 $10$ 颗五色珍珠后,结论不成立.
例如,对于五色 $v_1,v_2,v_3,v_4,v_5$,我们若将 $10$ 颗珍珠这样装盒:$$e_1=(v_1,v_2),e_2=(v_2,v_3),e_3=(v_3,v_1),e_4=(v_4,v_5),e_5=(v_4,v_5),$$则无论怎样摆放于正五边形的顶点上,都不能满足条件(因为 $e_1,e_2,e_3$ 中,任两盒都有同色的珍珠,无论怎样摆放于正五边形的顶点上,必有两盒相邻).
题目
问题1
答案1
解析1
备注1
问题2
答案2
解析2
备注2