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數學難題之寇克曼問題

2009-04-22 16:44:33      下載試卷

 

 

  這個問題最先由寇克曼(T.P.kirkman)于1850年提出,之后有許多數學家對這類問題加以探討。

  有一位女子學校的老師,她每天必須帶領15名學生跑步。學生們總是排成5列縱隊,每列有3個人并排。老師在總結了多年的經驗后,設計出了一種排列方式,使得在一星期中,每個女孩都不會跟相同的人排在同一列中。請問該老師是如何安排的?

  在解這個問題前先試著解答另一道類似的問題。有9個男孩排成3列縱隊,每列有3個人。在4天中,同1列中的3個男孩的組合皆不相同。

解答與分析

  第1天 第2天 第3天 第4天

  195 296 397 498

  278 381 412 523

  346 457 568 671

  上面所列者為9個男孩問題的解,并附有幾何表示法作為參考(圖1)。9放在圓的中央,然后l、2、……8對稱放在圓周上。兩個三角形及一條通過圓心的直線將9個數字分成各含3個數字的3組。這組數字對應于第2天的解。

 

  然后將三角形和直徑以圓心為中心順時針旋轉45°,產生各含3個數字的3組解。如此依序繞著圓心轉動4次,即可產生4組完全不同的解。顯然改變圖中各數字的排序就可以很容易地找出其他組解。

  寇克曼的學校女孩問題比這個問題更復雜。但其中的一組解可用一個圓及數個三角形表示出來,如圖2。在此圖中只需重復轉動三角形7次就能得到每天的排序。

  圖中所示三角形的位置所對應的排序為:

  (1,15,8),(2,5,13),(3,7,12),(4,6,14),(9,10, 11)

  在接下來的各天,則保留 15不動,再將所有的數目加 2得到其余的數字,但必須令 14+2= 2, 13+2= 1。

 

 

來源:網絡

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