Непрерывный принцип Дирихле
Как правило, этот принцип применяется для нескольких чисел и
их суммы. В общем виде для чисел он выглядит следующим образом:
"Если сумма n чисел больше S, то по крайней мере одно
из этих чисел больше S/n".
По-другому его можно сформулировать так:
"Если среднее арифметическое нескольких чисел больше a,
то хотя бы одно из этих чисел больше a";
или в терминах "зайцев":
"Если n кроликов съели m кг травы, то какой-то кролик съел не
меньше m/n кг травы".
Кроме того, существует простая геометрическая интерпретация
непрерывного принципа Дирихле:
"Пусть из некоторой точки на плоскости проведено N различных
лучей; тогда угол между некоторыми двумя из них не
менее 360°/N".
Понятно, что если рассматривать только углы между соседними
лучами, то всего получится N углов (См. рисунок). В сумме
они составляют полный угол, равный 360°. Следовательно,
по непрерывному принципу Дирихле градусная мера одного из этих
углов не менее 360°/N (иначе их сумма будет меньше
360°).
Рассмотренный принцип называется непрерывным постольку,
поскольку здесь числа (или градусные меры углов) могут принимать
любое значение из некоторого промежутка, в то время как принцип
Дирихле в обычном смысле оперирует с дискретным набором объектов
("зайцев") - было бы абсурдным предполагать, что в клетке может
оказаться, скажем, два с половиной зайца.
Пример 17. На плоскости дано n попарно непараллельных
прямых. Доказать, что найдутся две из них, угол между которыми
не меньше 180°/n.
Указание. Достаточно перенести прямые параллельно самим
себе так, чтобы все они проходили через одну точку. Из этой
точки будет выходить 2n лучей, и теперь можно применить
принцип Дирихле.
Пример 18. На полях шахматной доски 8×8
расставлены действительные числа, каждые два из которых отличаются
не менее чем на 1/9. Доказать, что есть пара соседних (имеющих
общую сторону) клеток, разность чисел в которых не меньше 1/2.
Решение
Пусть A - наименьшее из выписанных на доске
чисел, а B - наибольшее. Покажем, что B-A
і7.
Запишем
числа в порядке возрастания (заметим, что никакие два числа не равны):
x1 < x2 < x3 < ... < x63 < x64 |
|
(здесь x1 = A, x64 = B).
Тогда
B - A = x64 - x1 = (x64 - x63) + |
|
+ (x63 - x62) + . . . + (x3 - x2) + (x2 - x1) і |
|
і (1/9) + (1/9) + ... + (1/9) = 63·(1/9) = 7. |
|
Допустим теперь, что утверждение задачи неверно, т.е. в любой
паре соседних клеток числа отличаются меньше чем на 1/2. Рассмотрим
две клетки, в которых записаны числа A и B. Понятно, что,
переходя из клетки в клетку, можно попасть из клетки A в клетку
B, сделав не более 14 переходов. Самый худший случай, когда нужно
сделать ровно 14 переходов, показан на рисунке (A, B -
противоположные клетки). По предположению приращение на каждом переходе
меньше 1/2. Поэтому B - A <
14·(1/2) = 7. Противоречие.
© Художник: Яровой Ю.Г.
|