赋值证题

有这样一道题:

在线段 AB 的两端分别标以红、蓝两色。在段线中间插入 n 个分点,在各分点随意地标上红色或蓝色,这样就把原线段分为 n+1 个不重迭的小线段,试证异色线段(两端涂不同颜色者)的个数是奇数。(1979 年安徽数学竞赛题)

它的证明可以用归纳法完成(当然也可以直接去考虑)。下面我们来考虑另一种方法(见图 4-1)。

先把这些点赋值:红点表示+1,蓝点表示-1,再把它们

在平面上表示的点描出,然后把相邻点间连成线段,显然这时对应的异色线段必穿过横轴 AB,而同色线段则不穿过。我们知道:当点从+1 变到-1 时,连续曲线穿过横轴的次数是奇数,命题得证。

由上我们还不难想到下面的事实(图 4-2):对于多项式 f(x)=anxn

+⋯+a1x+a0 来说,若 f(a)与 f(b)异号,则 f(x)在(a,b)区间必有奇数个相异的实根。

下面再看一个例子。

赋值证题 - 图1

有男女共 n 人围坐一圆桌,今在他们任意两人中间均置一花朵,其中同性者中间插一红花,异性者中间插一蓝花。今若红花与蓝花朵数一样,则男女人数之和 n 必是 4 的倍数。

赋值证题 - 图2

我们把男人看成+1,女人看成-1,则红花看成(+1)·(+1)或(- 1)·(-1),而蓝花看成(+1)·(-1)或(-1)·(+1),这时问题变为:

x1,x2,⋯,xn 是一组数,它们均为+1 或-1,若 x1x2+x2x3+⋯+xnx1=0,则 n 必是 4 的倍数。(图 4-3)。

综上所述,可以知道:在 x1,x1′之间异色线段必有偶数个(注意它是

从+ 1 到+1,-1 或从-1 到-1),即 x1x2,x2x3,⋯,x1 中的一个数是偶数, 令为 2k。又由 x1x2+x2x3+⋯+xnx1=0 知 x1x2,x2x3,⋯xnx1 中+1 的个数也为偶数 2k,于是 n=4k。

读者不妨自己再找几个赋值办法解决的更有趣的例子。