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国际象棋中的数学证明问题

科普小知识2021-10-31 20:31:35
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棋盘是一个8×8 64的正方形。欧拉研究了棋盘上的跳跃问题。他证明了一匹马有一条跳跃路线,从一个点开始,穿过每个方格一次,而且只穿过一次。最后跳回原点。

上面提到的这种跳马路线叫做棋盘上的马步哈密顿圈。如果一个人可以跳回到起点而不限制最后一步,这就是所谓的“马步”哈密顿路。m,n的定义是一个正整数,而(m,n)马意味着在一个足够大的棋盘上,m,n个正方形或n,m个正方形可以在一步之内垂直和水平跳过。因此,象棋马是(1,2)匹马。下面是一个描述(2,3)和(1,2)马之间本质区别的定理。该定理从8×8棋盘上的任何一点开始,不存在(2,3)步哈密尔顿路径。该卡将8×8棋盘分为两个区域,即A和B,并在两种情况下进行证明:

(1)如果起点在区域A,则有一条(2,3)马步汉密尔顿道路,它可以到达区域A中的一个网格或区域B中的一个网格,因为它从区域A中的任何网格穿过一个(2,3)马步;然而,一匹马只能通过一个步骤(2,3)从区域B的一个网格跳到区域A的一个网格。注意,区域A中的网格数量与区域B中的网格数量相同。因此,有必要从区域A交替跳转到区域B,然后从区域B跳转到区域A,从而可以跳过区域A和区域B而不重复。另一方面,我们把棋盘染成黑色和白色。这样,从区域A的白色(黑色)网格到区域B的黑色(白色)网格,通过一个步骤(2,3)的马,然后从区域B的黑色(白色)网格到区域A的白色(黑色)网格,通过一个步骤,如果我们继续这样,我们只能跳过区域A的白色(黑色)网格和区域B的黑色(白色)网格,这与有(2,3)匹马的马的哈密尔顿路是矛盾的。

(2)如果起点在区域b,并且如果存在一个马步哈密顿回路,(2,3)马不能在区域b和区域a之间交替跳跃,否则它被简化为情况(1)的类似证明。因此,从一个区域到另一个区域有一步且只有一步的跳跃,因为区域A和区域B中的方块数相等,马必须从区域B的方块跳到区域A一步(2,3)。考虑下面的3行,现在考虑(2,3)p,q,r之间的跳转。如果p,q,r没有被跳过。有以下情况:(1)(2,3)马先跳到p点(先跳到r点的情况类似)。从a和b区域的结构可知,a区域必须跳到点P。然后从(2,3)匹马从P跳到Q,从Q跳到r。如果不是最后一点,就不跳过。那么下一步必须跳到A区的一个点上。这样,A区之间就有两次跳跃,所以R是最后一个没有跳过的点。当r是最后一个没有跳过的点时,考虑点S、T、U之间的(2,3)跳马。当先跳到S或U时,从上面的讨论可以看出,在S、T和U之间将有第二次从A区跳到A区;当首先跳到T时,从下面(ii)中的推理可知从区域A到区域A至少有两次跳跃。

(ii) (2,3)如果马先跳到q点,(2,3)如果马从q跳到p,p必须先跳到a区,然后从a区跳到r点。经过几个步骤,从a区到a区至少会有两次跳跃(q先跳到r,然后跳到p,讨论是一样的)

如果它不从Q跳到P或R,它必须跳到A区的某一点。在接下来的跳跃中,不可避免地会有一个从A区跳到P区,一个从A区跳到R区,以及至少两个从A区跳到A区。总之,从A区到A区至少有2步(2,3)马跳,这与(2,3)马步哈密尔顿路的存在以及A区和b区的平方数相等是不一致的。证明了这个定理。