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为什么六人集会时至少有三人彼此认识或不认识?

世界上任意的六个人,其中必定至少有三个人互相认识,或者至少有三个人互不认识。这结论看起来很不可能,但是通过简单的分析,就知道这是必然会发生的现象。

我们尝试用染色的图来表示人际关系。用一个点来代表每一个人,在每一对点之间都连一条边,这样就构成了一幅图。我们把这种每对顶点之间都有一条边的图称为完全图。对于每一条边,如果两个端点代表的人互相认识,我们就将它染成红色,否则染成蓝色。三个互相认识的人,在图上就是一个三边都是红色三角形;三个互不认识的人则是蓝色三角形

考虑任意一个顶点A,根据抽屉原理,A连接的5条边中,至少有3条的颜色是相同的。不失一般性,不妨假设有3条红色的边,分别连接到B、C、D三个点。如果这三个点组成的三角形少有一条红色的边,那么这条边的两个端点与A就组成一个红色三角形;否则B、C、D之间连接的边都是蓝色,这就意味着BCD是一个蓝色三角形。这样图中要么必定有一个红色三角形要么必定有一个蓝色三角形。翻译成日常语言,就是六个人中,要么必定有三个人互相认识要么必定有三个人互不认识

英国数学家拉姆齐在1926年发表的一篇关于逻辑的论文中,就已证明了一个更一般的结论:对于任意给定的自然数n, k,当N足够大时,对有N个顶点的完全图的边染上红色蓝色,无论染色方案如何,要么有n个顶点,它们之间的边都是红色要么有k个顶点,它们之间的边都是蓝色。满足这个条件的最小的N被称为拉姆齐数R(n, k)。这个定理被称为拉姆齐定理。

这个定理开创了现在被称为“拉姆齐理论”的数学分支。这个数学分支告诉我们,没有完全无序的系统。只要系统足够大,无论在整体上看是多么无序,总会有一些局部是有序的。拉姆齐理论不仅在离散数学和计算机科学中有着各种各样的应用,它还与数理逻辑——一门研究数学的逻辑基础的数学分支——有着紧密的联系。

拉姆齐理论中有很多仍未解决的问题,求解拉姆齐数R(n, k)的准确值就是其中之一。目前数学家只确定了16个非平凡的拉姆齐数的准确值,其中最大的是R(3,9)=36。关于这个问题的难度,匈牙利数学家埃尔德什有一个很好的比喻:如果高度发达的外星文明入侵地球,威胁地球人在一年内交出R(5,5)的值,否则就毁灭地球,最好的应对方法是集所有数学家和计算机之力来求出R(5,5)的值;如果要求的是R(6,6)的值,与外星人决一死战可能是更务实的选择。值得一提的是,在确定拉姆齐数下界的工作上,中国数学家也做出了不少重要的贡献。

【知识点】抽屉原理

抽屉原理,又名鸽笼原理,指的是下面这个简单的事实:将n+1支笔放到n个抽屉中,必定有一个抽屉放了至少两支笔。更进一步地说,对于任意正整数k,将kn+1个对象分成k类,必定有一类至少包含n+1个对象。拉姆齐理论可以看作抽屉原理在某种意义上的推广。

【发散思维】查查看,中国数学家在确定拉姆齐数下界的工作上做了哪些贡献?

【本文关键词】奇偶分析 拉姆齐理论