ТЕМА: «Принцип Дирихле» Выполнила: Зверева Екатерина Александровна Учащаяся 8 «а» класса Научный руководитель: Кирпичева Е.Е учебный год

Цели работы: 1. Ознакомиться с биографией Дирихле 2. Рассмотреть различные формулировки принципа Дирихле 3. Научиться применять изученный принцип к решению задач 4. Классифицировать задачи в соответствии с их содержанием: а) геометрические задачи; б) задачи на пары; в) задачи на знакомства и дни рождений; г) задачи на среднее арифметическое; д) задачи на делимость; е) задачи на комбинаторику; ж) задачи на теорию чисел; 5. Придумать свои задачи, и решить их используя принцип Дирихле

Биография ДИРИХЛЕ Петер Густав Лежен( ) - немецкий математик. Род. в Дюрене. В Д. был домашним учителем в Париже. Входил в кружок молодых ученых, которые группировались вокруг Ж. Фурье. В 1827 Д. занял место доцента в Бреславле; с 1829 работал в Берлине. В профессор Берлинского ун-та, а после смерти К. Гаусса (1855) - Геттингенского ун-та.

Биография Д. создал общую теорию алгебраических единиц в алгебраическом числовом поле. В области математического анализа Д. впервые точно сформулировал и исследовал понятие условной сходимости ряда, дал строгое доказательство возможности разложения в ряд Фурье кусочно-непрерывной и монотонной функции, что послужило обоснованием для многих дальнейших исследований. Значительны труды Д. в механике и математической физике, в частности в теории потенциала.

Биография Д. сделал ряд крупных открытий в теории чисел: установил формулы для числа классов бинарных квадратичных форм с заданным определителем и доказал теорему о бесконечности количества простых чисел в арифметической прогрессии из целых чисел, первый член и разность которой - взаимно просты. К решению этих задач Д. применил аналитические функции, названные функциями (рядами) Дирихле.

Принцип Дирихле Наиболее применяемая формулировка: "Если в n клетках сидят n + 1 "кроликов", то есть клетка, в которой не менее 2-х "кроликов " « Дирихле по частоте упоминаний школьниками навсегда обеспечено одно из самых высших мест.»

Несколько утверждений: У1. «Если в n клетках сидят не более n-1 "кроликов", то есть пустая клетка» У2. «Если в n клетках сидят n + 1 "кроликов", то есть клетка, в которой не менее 2-х «кроликов» У3. «Если в n клетках сидят не более nk-1 "кроликов", то в какой-то из клеток сидят не более k-1 "кроликов» У4. «Если в n клетках сидят не менее n k+1 "кроликов", то в какой-то из клеток сидят не менее k+1 "кроликов»

У5. Непрерывный принцип Дирихле. «Если среднее арифметическое нескольких чисел больше a, то, хотя бы одно из этих чисел больше a»; У6. «Если сумма n чисел меньше S, то по крайней мере одно из этих чисел меньше S/n». У7. «Среди p + 1 целых чисел найдутся два числа, дающие при делении на p один и тот же остаток».

1 ) Геометрические задачи

Задача 3. («на пары») На планете Земля океан занимает больше половины площади поверхности. Докажите, что в мировом океане можно указать две диаметрально противоположные точки. Континент расположен между примерно 9° з. д. и 169° з. д., 12° ю. ш. 81° с. ш. Африка расположена между 37° с. ш. и 35° ю. ш., между 17 ° з.д., 51° з. д.

Решение. Будем считать "кроликами" точки океана, а "клетками" - пары диаметрально противоположных точек планеты. Количество "кроликов" в данном случае - это площадь океана, а количество "клеток" - половина площади планеты. Поскольку площадь океана больше половины площади планеты, то "кроликов" больше, чем "клеток". Тогда есть "клетка", в которой сидит не менее двух "кроликов", т.е. пара противоположных точек, обе из которых - океан. У2 Решение. Будем считать "кроликами" точки океана, а "клетками" - пары диаметрально противоположных точек планеты. Количество "кроликов" в данном случае - это площадь океана, а количество "клеток" - половина площади планеты. Поскольку площадь океана больше половины площади планеты, то "кроликов" больше, чем "клеток". Тогда есть "клетка", в которой сидит не менее двух "кроликов", т.е. пара противоположных точек, обе из которых - океан. У2

Задача 4. В хвойном лесу растут елей. На каждой ели - не более иголок. Доказать, что существуют хотя бы две ели с одинаковым числом иголок.

Решение. Число "клеток" – (на каждой ели может быть от 1 иголки до иголок, ели – число "кроликов", так как, "кроликов" больше чем клеток, значит, есть "клетка", в которой сидит не менее двух "кроликов". Значит, существуют хотя бы две ели с одинаковым числом иголок. (У2) Решение. Число "клеток" – (на каждой ели может быть от 1 иголки до иголок, ели – число "кроликов", так как, "кроликов" больше чем клеток, значит, есть "клетка", в которой сидит не менее двух "кроликов". Значит, существуют хотя бы две ели с одинаковым числом иголок. (У2)

Задача 5. («на делимость») Задача. Дано 11 различных целых чисел. Доказать, что из них можно выбрать два числа, разность которых делится на 10. Решение. По крайней мере, два числа из 11 дают одинаковый остаток при делении на 10. Пусть это будут A = 10a + r и B = 10b + r. Тогда их разность делится на 10: A - B = 10(a - b). (У2)

Задача 6. («на делимость») Доказать, что число N 5 оканчивается на ту же цифру, что число N. Решение. Докажем, что N 5 -N кратно 10. N(N-1) кратно 5 кратно 2

Задача 7. («на комбинаторику») В коробке лежат шарики 4-х разных цветов (много белых, много черных, много синих, много красных). Какое наименьшее количество шариков надо на ощупь вынуть из мешка, чтобы среди них заведомо оказались два одного цвета? Решение Возьмем за «кроликов» шары, а за «клетки» - черный, белый, синий, красный цвета. Клеток 4, поэтому если кроликов, хотя бы 5, то какие-то два попадут в одну клетку (будет 2 одноцветных шарика).

Задача "на комбинаторику» 8. Маленький брат Андрея раскрасил шашки в восемь цветов. Сколькими способами Андрей может поставить на доску 8 разноцветных шашек так, чтобы в каждом столбце и в каждой строке было по одной шашке? Сколькими способами Андрей может поставить на доску 8 белых шашек так, чтобы в каждом столбце и в каждой строке было по одной шашке?

Решение задачи. 1) Рассмотрим сначала случай, когда шашки белые. Будем расставлять шашки. В первом столбце мы можем поставить шашку в любую из 8 клеток. Во втором столбце в любую из 7 клеток. (Т. к. нельзя ставить в ту же строку, в которой стоит первая шашка.) Аналогично в третьей строке мы можем поставить шашку в любую из 6 клеток, в четвёртой строке в любую из пяти и т. д. Итого получаем 8 способов. 2) Теперь рассмотрим случай цветных шашек. Возьмём произвольную расстановку белых шашек. Будем раскрашивать эти шашки в 8 цветов, так чтобы любые две из них были покрашены в разные цвета. Первую мы можем покрасить в один из 8 цветов, вторую в один из 7 оставшихся и.т. д. Т. е. всего 8 способов раскраски. Поскольку способов расстановки тоже 8, и каждую из этих расстановок мы можем раскрасить 8 способами, то всего способов в этом случае 8·8=8². Ответ: 8² способов, 8 способов.

Задача (метод от «противного») 9. В Москве проживает более людей. На голове у каждого человека не может быть более волос. Докажите, что наверняка найдутся 34 москвича с одинаковым числом волос на голове.

Решение 1) На голове может быть 0, 1, …, волос всего вариант. Каждого москвича отнесём к одной из групп в зависимости от количества волос. 2) Если 34 москвича с одинаковым количеством волос не найдутся, то это значит, что в любую из созданных групп входит не более 33 человек. 3)Тогда всего в Москве живёт не более 33· = < человек, что противоречит условию. 4) Значит, такие 34 москвича обязательно найдутся.

Используемые интернет-ресурсы: images.yandex.ru (фото Дирихле, картинки о школе)