正文 第25章 數學教學的趣味運用故事(22)(1 / 3)

在上述問題中,可以把院子看作缺少兩個同色方格的一個6X7矩陣。顯然,如果缺少的兩個方格同色,20個多米諾骨牌無法覆蓋其餘的40個方格。一個有趣的並與此有關的問題是:如果缺少兩個顏色不同的方格,20個多米諾骨牌是否能夠覆蓋住那缺格的6X7矩陣?雖然奇偶校驗沒有證明其不可能性,但著並不意味著一定可以覆蓋。通過擦去一對異色的方格,可以生成所有可能的圖形。但若逐一加以研究則不勝其煩,因為各種可能的情況太多,以至於無法分析。對於所有的情況來說,是否有一種簡單的可能性證明?

有的,此證明既簡單又巧妙,為拉爾夫?戈莫裏妙手偶得之,他同樣也是利用了奇偶原理。假設此6X7矩陣有一條波及整個內部的閉合回路,寬度為一格。假設把閉合回路上任何兩個異色方格擦去,於是該閉合回路就一斷為二,每一部分都是由格數成偶數的異色方格組成。顯然,這兩部分的路總是能夠用多米諾骨牌覆蓋,你也許願意嚐試一下,把這個巧妙的證明應用於尺寸,形狀與此不同的矩陣,也可以考慮擦去不止兩個方格的情況。

鋪砌理論作為組合幾何中的一個範圍廣泛的領域,越來越受到人們的注目,要鋪砌的平麵可以是任何形狀,“有限的或無限的”,瓷磚也可以形形色色,而且問題可能會涉及不同形狀的集合,而並非要求單一模式。不可能性證明還經常涉及以某種規定的方式,用兩種或兩種以上的顏色為某一平麵著色。

與多米諾骨牌相似的三維物體是磚塊,其單位尺寸為1X2X4。用這種磚塊“堆”成一個4X4X4的箱體並不困難,但是用這種磚塊可否堆成一個6X6X6的箱體?這個問題完全可以應用布朗先生鋪砌院子的問題的解法。設想把該立方體分成27個小立方體,每個為2X2X2。把這些階為2的立方體交替塗上黑白兩種顏色,好似一個三維的國際象棋棋盤。如果你把每種顏色的單位立方體的個數數一下,就會發現,一種顏色的立方體比另一種顏色的多八個。

在那大立方體中,無論怎樣放置磚塊,不多不少總是恰恰“蓋住”相同的數目的黑色和白色的單位立方體,但一種顏色的單位立方體比另一種顏色的多八個,最初的26塊磚無論怎樣放置,總會剩下同樣顏色的八個單位立方體。因此無法安置第27塊磚,如果不厭其煩地探討所有可能的堆砌方式,以求證明這一點,這樣做顯然極其費事。

堆砌理論僅是三維空間堆砌理論的一部分,關於空間堆砌問題,各種資料文獻正日趨增多,它們提出了大量懸而未決,引人入勝的問題,有許多問題的解法可應用於商品的紙箱包裝和堆倉等等。

奇偶性在粒子物理學方麵也起著很重要的作用,1957年,兩名中國血統的美國物理學家因為他們在推翻著名的“宇稱守恒定律”方麵的貢獻而獲得諾貝爾獎金。但由於這一題目專業性太強,故此不做詳述。但可以舉一個有趣的硬幣戲法的例子來說明奇偶性守恒的一種方式。

往桌子上拋一把硬幣,數一下正麵朝上的有多少,若是偶數,則稱正麵朝上的硬幣具有偶數性;若是奇數,則稱其具有奇數性。現在把一對硬幣翻身,再翻第二對,第三對,任你翻轉多少對。你將驚奇地發現,無論翻轉多少對,正麵朝上的硬幣的奇偶性始終不變。如果原來是奇數性,那麼還是保持奇數性;如果原先是偶數性,則始終保持偶數性。