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数学难题之寇克曼问题

2009-04-22 16:44:33      下载试卷

 

 

  这个问题最先由寇克曼(T.P.kirkman)于1850年提出,之后有许多数学家对这类问题加以探讨。

  有一位女子学校的老师,她每天必须带领15名学生跑步。学生们总是排成5列纵队,每列有3个人并排。老师在总结了多年的经验后,设计出了一种排列方式,使得在一星期中,每个女孩都不会跟相同的人排在同一列中。请问该老师是如何安排的?

  在解这个问题前先试着解答另一道类似的问题。有9个男孩排成3列纵队,每列有3个人。在4天中,同1列中的3个男孩的组合皆不相同。

解答与分析

  第1天 第2天 第3天 第4天

  195 296 397 498

  278 381 412 523

  346 457 568 671

  上面所列者为9个男孩问题的解,并附有几何表示法作为参考(图1)。9放在圆的中央,然后l、2、……8对称放在圆周上。两个三角形及一条通过圆心的直线将9个数字分成各含3个数字的3组。这组数字对应于第2天的解。

 

  然后将三角形和直径以圆心为中心顺时针旋转45°,产生各含3个数字的3组解。如此依序绕着圆心转动4次,即可产生4组完全不同的解。显然改变图中各数字的排序就可以很容易地找出其他组解。

  寇克曼的学校女孩问题比这个问题更复杂。但其中的一组解可用一个圆及数个三角形表示出来,如图2。在此图中只需重复转动三角形7次就能得到每天的排序。

  图中所示三角形的位置所对应的排序为:

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

  在接下来的各天,则保留 15不动,再将所有的数目加 2得到其余的数字,但必须令 14+2= 2, 13+2= 1。

 

 

来源:网络

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