方法站 · 什么时候用?为什么用?

染色

试一万次也证明不了“不可能”;涂上颜色数一数,一句话就够了。

📖 配合《组合趣题》第 3 章阅读M12 奇偶分析线M17 染色与赋值线

到这里之前,先经过:抽屉原理(方法)

一个想法,一张图棋盘挖掉了对角的两格,还剩 62 格。用 31 块骨牌(每块盖相邻两格)把它铺满——先放手试,实在不行再点“黑白相间”。

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一句话

给格子涂上颜色,让每一步操作对颜色的影响是固定的;然后只数颜色,不看细节。

先猜一下上面那块棋盘:

先猜后证

的棋盘挖掉对角的两格,剩 格。 块骨牌正好也是 格。能铺满吗?

先选定答案,才能看到结论。

为什么铺不满(4×4 的小棋盘)

第 1 / 5 步
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  1. 先试一试

    挖掉对角两格,剩 格,需要 块骨牌。这是一次尝试:放了 块,剩下两格不相邻,第 块放不进去。换一种放法呢?试多少次都说明不了问题。

染色的本事在于:它把“无数种铺法”压缩成了“两个数相不相等”。下面四站,颜色的涂法各不相同。

第 1 站 · 换一种砖,就换一种染法

的棋盘,用 条 的长条能铺满吗?

先试着铺。再试“黑白相间”——每条长条盖 黑 白,黑白各 格,没有矛盾。黑白染色帮不上忙。换成 种颜色的斜条呢?

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色斜条:每格的颜色号是“行号 + 列号”除以 的余数。一条 的长条不管怎么放,都盖住 号色各一格。

砖有多长,就用几种颜色,沿斜线一条一条地涂:这样长条横放、竖放都恰好每种颜色盖一格。

第 2 站 · 挖掉哪一格?

的棋盘有 格。挖掉一格剩 格,想用 条 的长条铺满。

先猜后证

挖掉左上角那一格。剩下的 格能用 条 铺满吗?

先选定答案,才能看到结论。

两种斜向都要求挖掉“多出来的那种颜色”。同时满足两个要求的格子只有正中间一个;而挖掉正中间,确实能铺成一个风车。染色排除了 个位置,最后一个位置靠构造。

第 3 站 · 走格子

从左上角出发,每步走到上下左右相邻的格子,要每格恰好经过一次,最后停在右下角。

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先试几次。再打开“黑白染色”,看看每走一步,脚下的颜色怎么变。然后用“换终点”找一个走得通的终点。

每走一步,颜色换一次。 格要走 步,奇数步之后颜色一定和起点相反。可是两个对角的颜色相同。这里的“骨牌”是一步,“黑白各一格”变成了“每步换色”。

第 4 站 · 给连线染色

颜色不一定涂在格子上。 个人,每两个人要么互相认识(连红线),要么互相不认识(连蓝线)。一定有 个人两两认识,或者 个人两两不认识。 换成图的语言: 个点两两连线,每条线染红或蓝,必有一个三边同色的三角形。

先自己试着躲开它。 个点时躲得开, 个点呢?

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先切到“5 个点”,找一种没有同色三角形的染法(提示:外圈一种颜色,里面的五角星另一种)。再回到 个点。

为什么 6 个点躲不开

第 1 / 5 步
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  1. 盯住一个点

    只看点 。从它出发有 条线,每条不是红就是蓝。

如果挖掉的两格颜色不同

Break it

反例实验室:去掉一个条件

结论:剩下的部分能用骨牌铺满

的棋盘挖掉同一条边上的两个角。打开黑白染色:一个白、一个黑,剩下 白 黑。动手铺满它。

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练一练

练习 1基础

的棋盘黑白相间染色,挖掉对角的两格。剩下的格子里,黑格和白格的个数相差多少?

练习 2基础

教室里有 个座位,坐满了人。老师要求每个人都换到自己前、后、左、右相邻的一个座位上去。能做到吗?(填“能”或“不能”)

练习 3提高

的棋盘按“行号 + 列号除以 的余数”染成 种颜色。格数最多的那种颜色有多少格?(由此可知 不能用 的长条铺满。)

练习 4提高

在 的方格里,从某一格出发,每步走到相邻的格子,能否每格恰好经过一次,最后回到出发的那一格?(填“能”或“不能”)

练习 5挑战

个点两两连线,共 条线,每条染成红色或蓝色,使得没有三边同色的三角形。这时红线一定恰好有多少条?

错误博物馆 · 本站展品

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展品

“我试了很多次都不行,所以不可能”

错误的做法:缺了对角两格的棋盘,我试了二十多种铺法,每次都剩两格铺不上,所以它铺不满。
错在哪里?先想一想,再打开

病因 铺法有成千上万种,试过的只是很小一部分。“没找到”和“不存在”是两回事——也许第二十一种就成了呢?

正确的做法:要证明不可能,需要一个对所有铺法都成立的理由:每块骨牌盖一黑一白,而剩下的是 白、 黑。这句话一次管住了全部铺法。

「举例只能说明“可能”,说明不了“不可能”」

展品

“格子数对得上,就能铺满”

错误的做法: 的棋盘有 格,,所以能用 条 的长条铺满。
错在哪里?先想一想,再打开

病因 格数能整除只是必要条件。把棋盘按斜线染成 种颜色,每条长条恰好盖住四种颜色各一格;可是四种颜色的格数是 ,并不相等。

正确的做法:除了数总格数,还要找一种染色,让每块砖盖住的颜色是固定的,再比较各色格数。

「面积对了,只是过了第一关」

展品

“颜色数相等,就一定能铺满”

错误的做法: 的棋盘挖掉第一行第二格。按斜线染三种颜色,剩下的是 ,三色相等,所以能用 的长条铺满。
错在哪里?先想一想,再打开

病因 染色只能用来证明不可能。颜色数相等只说明“这一种染色没发现矛盾”。把斜线换个方向再染一次,三色是 ,矛盾就出现了。

正确的做法:要证明能铺满,唯一的办法是真的铺出来。挖掉正中间那格,可以铺成风车形。

「染色是“否决票”:能否决,不能批准」