初中数学八年级竞赛强化辅导讲义31讲:第 26 讲 染色问题与染色方法.docxVIP

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第26讲染色问题与染色方法

知识方法

染色是分类的直观表现,在数学竞赛中有大批染色问题出现,这类问题的特点是知识点少,逻辑性强,技巧性强,其内部蕴含着深刻的数学思想.同时,染色作为一种解题手段也在数学竞赛中广泛使用.

1.染色问题

解答染色问题,并不需要具备更多的数学知识,只需要具有缜密的思考能力和较强的分析能力.纵观各种染色试题,它与我们经常使用的数学方法紧密联系.大体上有如下几种方法:奇偶分析、归纳法、反证法、抽屉原理、构造法、组合计数等.

2.染色方法

将问题中的对象适当进行染色,有利于我们观察、分析对象之间的关系,像国际象棋的棋盘那样,我们可以把被研究的对象染上不同的颜色,许多隐藏的关系就会变得明了,再通过对染色图形的处理达到对原问题的解决,这种解题方法称为染色法.常见的染色方式有点染色、线段染色、小方格染色和对区域染色.

经典例题解析

【例26-1】用任意的方式将平面上的每一点染上黑色或白色(称为二染色).求证:一定存在长为1的线段,它的两个端点同色.

分析在平面上任画一条长为1的线段,如图26-1所示,若A、B两点同色,则结论已成立.若A、B两点不同色,为确定起见不妨设A为黑色,B为白色,以AB为边作正三角形ABC,则AB=BC=CA=1.这时C点要么是黑点,要么是白点.若C为黑点,则AC为两个端点同色的长为1的线段.若C为白点,则BC为两个端点同色的长为1的线段.

第26讲染色问题与染色方法

上述分析过程,其实已完成了证明过程,不过思路一旦找出,出现边长为1的正三角形的顶点A、B、C三点的构想是个关键,为此可得出如下简化的证明.

证明在平面上任作一个边长为1的正三角形,设三个顶点为A、B、C,由于平面上的每点只着黑、白两色之一,根据抽屉原理,A、B、C三点中必有两点同色,以这两同色点为端点的线段长度恰为1.

评注由例26-1可得更一般的结论:平面上的点二染色后,一定存在长为a(a0)的线段,它的两个端点同色.

【例26-2】对平面上的点黑白二染色后,一定存在三顶点同色的直角三角形.

证明对平面上的点黑白二染色,根据例26-1的结论,存在边长为a(a0)的线段AB,它的两个端点同色(不妨设A、B同黑).以AB为边作正方形ABCD,对角线AC、BD交于点O,如图26-2所示,如果D、O、C中有一个黑点,则该点与A、B构成三顶点同黑色的直角三角形.如果D、O、C全白色,则△DOC就是三顶点全为白色的直角三角形.因此,二染色平面上一定存在顶点同色的直角三角形.

例26-2进一步由图证明可得:二染色平面上存在斜边要么为a,要么为2a且三顶点同色的等腰直角三角形.

那么,当平面点二染色以后,是否一定存在边长为1且顶点同色的等边三角形呢?例26-3将对这个问题作出回答.

【例26-3】用任意的方式,对平面上的每个点染黑色或白色,求证:一定存在一个边长为13?的正三角形,它的三个顶点同色

证明若存在边长为1且顶点同色的正三角形,则问题得证.

若不存在边长为1且顶点同色的正三角形,则一定存在长为1的线段AB,两端点A、B异色.以AB=1为底作腰长为2的等腰三角形ABC,则C与A或B总有一对是异色的.不妨设长为2的线段AC两端点异色,图26-3(a)所示.

取AC的中点O,则O必与A.、C之一同色,如图26-3(b)所示,不妨设O与A同色.由于不存在边长为1的同色顶点的正三角形,所以,以AO为一边的等边三角形的另外的顶点D和E必与A异色.此时,△ECD就是一个边长3?的顶点同色的正三角形

评注事实上,可将平面分成宽度为32的水平带状区域,且每个区域含下沿直线,不含上沿直线,使相邻的带状区域染上不同颜色,对这样的平面二染色,则任意边长为1的正三角形的三个顶点均不同色,但存在边长3?

由例26-3可得更一般的结论:平面上点二染色后,要么存在边长为a(a0)的三顶点同色的正三角形,要么存在边长3?a的三顶点同色的正三角形

【例26-4】将连接圆周上9个不同点的36条线段染成红色或蓝色,假设9点中每3点所确定的三角形都至少含有一条红色边.证明:有4个点,其中每两个点的连线都是红色.

证明设9个点依次为v?,v?,…,v?,首先证明必存在一点,设为v?,从v?出发的红色线段不是5条.如果都是5条,那么共有红色线段条数5×9

若从v?出发的红色线段至少有6条,设v?v?、v?v?、v?v?、v?v?、v?v?、v?v?均为红色,则由第25讲例25-8评注可知,v?、v?、v?、v?、v?、v?两两相连的线段中必有同色三角形.由题意知它只能为红色三角形,设为△v?v?v?,则

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