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数学女孩2:费马大定理 作者:结城浩 近现代)

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5.3 五个格点

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泰朵拉拿出笔袋,把鸽笼原理记在笔记本上。

“我跟村木老师聊了聊复平面,他就拿给了我新的问题。”

“那么,我们去‘豆子’吧!”

泰朵拉说着,脸上绽开微笑。

给出了五个格点。

“首先,按照原理,用实际例子来验证自己的理解。因为‘示例是理解的试金石’嘛。我们就随便设五个格点吧。”

“鸽笼原理……那是什么?”泰朵拉笨拙地东张西望。——在学鸽子吗?

“嗯……这不是理所当然的吗?”

“喂泰朵拉,你干吗一副深不可测的样子?”

我顺着住宅区曲曲折折的小路前行,却被背后一声“学 —— 长 ——”叫住了。泰朵拉向我跑了过来。

话说回来……

泰朵拉把手交握在胸前,从下方望着我。

泰朵拉取出卡片。

5.3.2 “豆子”咖啡店

“谁解开的?”

A(4, 1),B(7, 3),C(4, 6),D(2, 5),E(1, 2)

“学长……没错,没错,确实没错!”

偶数与偶数的和,奇数与奇数的和都是偶数。

泰朵拉高高举起握紧的拳头扬言道:“那么,我要在此拿出‘秘密 具’了!”

“嗯嗯。”

笔记写了大概有 5 页,上面画了一堆格点和格点连成的星形图形。很明显泰朵拉一直想着这个格点问题,试了多种多样的情况。

“‘奇偶的情况’就是鸽笼,格点就是鸽子。‘把五个格点分类成四种情况,至少有两个格点是同一情况’跟‘在四个鸽笼里放五只鸽子,至少有两只进了同一个鸽笼’是一回事吧。”

章节插图

“这原理说起来谁都懂,没想到居然还起了名字,得写下来才行,鸽笼……原理。”

线段AD的中点章节插图(格点)

设与格点对应的复数为x+yi,调查x,y的奇偶性,这样一来,就会变成下面四种情况中的一种。

“这页吗?是我算了又算的草稿,太丢人了。”

“你说了三次‘没错’,质数。”

“解开什么?”

好了,这样我们的工作就告一段落了……嘿嘿。

“学长,哈啊,哈啊……追,追上你了。”

是“调查奇偶性”啦!

线段CE的中点章节插图

综上所述,可证得不管五个格点放在哪里,都可以选出两点,使这两点的中点为格点。

线段DE的中点章节插图

“嘿嘿嘿……学长的意思是说,这题很难喽?”

线段BE的中点章节插图

我们把这两个与x,y奇偶性相同的点设为P,Q。比如P(偶数,奇数),Q(偶数,奇数)。因为P,Q的坐标和x,y横纵坐标的奇偶性是相同的,所以P,Q的中点M的横坐标x和纵坐标y就是下面这种形式。

“因为解开了!”

线段CD的中点章节插图

“鸽笼原理说的是,有n+ 1 只鸽子钻进n个鸽笼,那么至少有一个鸽笼里关着两只或两只以上的鸽子。就是这么个原理。”

“解开什么?”

“然后,我只花了几个小时就解开了!”

线段AC的中点章节插图

“学长,这个你能解吗?”

◎  ◎  ◎

章节插图

问题5-2 (五个格点)

假设a,b为整数,把在复平面上与复数a+bi 对应的点称为格点。现在给出五个格点,这五个格点的位置是随意的,请证明我们可以从中选出某两个合适的点PQ,使得线段PQ的中点M也是格点。中点M可与给出的五个格点位置不同。

泰朵拉很努力嘛。

“没错。我把学长你经常挂在嘴边的那句‘示例是理解的试金石’拿来实践了。为了能真正理解这个问题,就一个劲儿地举例子,确实怎么举例都会出现格点。然后我就回到了格点的定义 —— 横坐标x和纵坐标y都是整数。要想让中点成为格点,必须让两点坐标的和能被 2 整除……然后我走到这一步才意识到要分奇偶情况讨论。所以能解决这个问题,都是多亏了学长。”

所以P,Q的中点M的坐标是偶数除以 2,横坐标x和纵坐标y都是整数。这就说明,M是格点。

第二天放学后,我独自走出校门。

居然用了米尔嘉的标志性台词。泰朵拉真有一套啊。

章节插图

“我们一计算中点,就发现确实出现了格点。就这个例子来说,我们把点A,D当成点P,Q。这样线段PQ的中点就是格点M(3, 3)。”

线段AB的中点章节插图

今天我一直在图书室算题。米尔嘉先回去了,泰朵拉却没有出现。自己虽然计算得很顺利,但总觉得有些无聊。

我们走进了车站前那家名叫“豆子”的咖啡店,随便点了些东西之后,泰朵拉就翻开了笔记本。研究数学的时候我们总是并排坐,这样方便看笔记,而且……嗯,因为方便看笔记。

“这次的问题里有出现鸽笼吗?”

“是‘调查奇偶性’啦!”今天的泰朵拉,眼中闪着不一样的神采。

线段BD的中点章节插图

“什么秘密工具啊,朵拉 A 梦?”

这语调似乎有什么深意。

“好好,请讲。”既然她都使出了最终武器,我也就没办法了。

“嘿嘿。”泰朵拉似乎很高兴地说道。

因为我们把五个格点分类成四种情况,所以至少有两个点与x,y的奇偶性相同。

“上课时间……”

“就是本姑娘,泰朵拉!”泰朵拉举起右手示意。

线段BC的中点章节插图

“鸽笼原理……真的用到了呢!”

M,是谁名字的首字母呢?

解答5-2 (五个格点)

不管五个格点在哪里,都存在坐标奇偶性一致的两个点。可以将这两个点作为P,Q

“学长,你想听不?想听吗?我的答案!”

“我以为你已经回家了呢。”

“这个问题啊!难道还有别的吗?”

两个小挂饰垂在泰朵拉的笔袋下,一个是用细长的银色金属丝弯成的鱼形挂饰,还有一个是发着蓝色金属光泽的字母 M。是名字的首字母吗?不过,泰朵拉的首字母是 T 啊。

5.3.1 卡片

“嗯,花一天去想肯定能解开。不过要是用一整天都没解开,那么即使花上一星期肯定也解不开了。”我说。

“嗯?只给出了‘格点’这一个条件,感觉有点难吧。”

“这漂亮地运用了鸽笼原理呀。”

鸽笼原理

n+ 1 只鸽子钻进n个鸽笼,那么至少有一个鸽笼里关着两只或两只以上的鸽子。在这里,n是自然数。

线段PQ的中点M指的是将线段PQ二等分的点。中点是图形……不,是几何表示。使用坐标思考的时候,就需要用数学公式体现中点这个具有几何性质的说法。把两点的坐标记作 (x,y) 和 (x\',y\'),中点的坐标就可以写成

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“泰朵拉,你试了很多种情况啊。”

“是理所当然,不过也是个方便的原理。”

线段AE的中点章节插图

◎  ◎  ◎

“咦?泰朵拉,给我看看你那页笔记。”

章节插图

我边走边看卡片,思考着。泰朵拉一边偷瞄着我的神情,一边在我身旁不停地打转。小动物泰朵拉。

“嗯?”

“哈啊……我,我只是晚去了图书室,一,一会儿。”泰朵拉上气不接下气地说着,深深地吸了一口气,“那什么,今天早上我去老师办公室了哦。”

嗯……

“这个问题啊!—— 学长,不要开玩笑嘛。我从村木老师那接到问题以后就一直在想。因为总感觉能解开,所以上课也在一直研究。”

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