镇国学神:从数学开始无敌

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第26章 无解之题?两种答案!

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完成了第一道大题,许燃没有半分停留。

他就像一台冷酷的解题机器,目光平静地移向了试卷的下一部分。

第二题,一道复杂的数论题,涉及同余方程组和二次剩余。

常规解法,需要用到繁琐的中国剩余定理,并且要分十几种情况进行讨论。

许燃的解法?

他在草稿纸上引入了“p-adic数”的概念,将问题转化到p-adic数域中,利用亨泽尔引理,一步就得到了通解。

过程,三行。

第三题,一道极其刁钻的代数不等式证明。

出题老师的本意,是考察学生对柯西不等式、排序不等式等多个知识点的综合运用能力。

许燃却直接在卷子上写下“设f(x)为……构造拉格朗日函数L(x,λ)……”

他竟然直接用上了大学“分析数学”里才会学到的“拉格朗-日乘数法”,将一个不等式极值问题,转化为了一个多元函数求偏导的简单计算。

过程,五行。

考场内,大部分学生还在为第一题抓耳挠腮。

除了许燃,大家觉得都很忙,却没得出有把握的结果,不知道在忙啥!

李星宇刚刚满头大汗地完成了第一题的计算,正准备松口气时——

许燃,已经兵不血刃地杀到了最后一题。

【第四题(解答题,40分):】

【是否存在一个n > 2024的整数,使得我们可以将一个nxn的棋盘用1x4的多米诺骨牌完全覆盖?若存在,请给出一个构造性的例子;若不存在,请证明。】

当许燃看到这道题时,连他自己都微微挑了下眉。

“有意思。”

这是一道组合几何与数论的交叉问题,也是这张试卷里,真正的“陷阱之王”。

它的难度,不在于计算,而在于思维的跃迁。

因为,它的标准答案,是——不存在。

这道题的设计,就是为了坑杀那些思维固化,只会埋头构造的“刷题家”。

很多学生面对这种是否存在的问题,就已经思维固化认定肯定存在!

在错误的方向下了苦力,不可能得到正确的结果!

你需要跳出构造的思维定式,转而用“染色法”来证明其“不可能性”。

这才是出题人想要看到的“天才的火花”。

显然这种题就是筛选做题家和天才的!

然而,许燃的思维,再次跳出了出题人的预设。

“染色法么……可以,很标准,但不够漂亮。”

他嘴角微扬,提笔在答题纸上飞快地书写起来。

【解法一:染色证明】

【我们将nxn的棋盘用四种颜色{1, 2, 3, 4}进行染色。令坐标为(i, j)的格子的颜色为(i 2)+ 2(j 2)+ 1。即交替染成:】

【1 3 1 3 ...】

【2 4 2 4 ...】

【1 3 1 3 ...】

【2 4 2 4 ...】

【可以发现,任何一个1x4的骨牌,无论横放还是竖放,都必然会恰好覆盖四种颜色各一个。】

【因此,若要完全覆盖,则棋盘中四种颜色的格子数量必须相等。】

【但当n为奇数时,四种颜色的格子数不可能完全相等。】

【当n为偶数时……】

许燃的笔速极快,只用了不到二十分钟,就将一个完美无瑕、逻辑严谨的染色法证明,写满了半张答题纸。

这个答案,足以让他拿下满分。

但他停下了笔,看了一眼自己写下的证明,轻轻摇了摇头。

“太普通了。”

他拿起一张新的答题纸,在上面写下了三个大字——【解法二】。

这一次,他的思路,天马行空,完全脱离了高中竞赛的范畴。

【解法二:代数赋值法】

【我们将复数域引入棋盘。令坐标为(i, j)的格子的权值为w^(i+2j),其中w=e^(iπ\/2)=i,为四次单位根。】

【那么,整个棋盘所有格子权值的总和S =Σ w^(i+2j)(1≤ i, j≤ n)。】

【这是一个可以利用等比数列求和公式计算的几何级数……】

【经过计算,当且仅当n是4的倍数时,S = 0。】

【而任何一个1x4的骨牌,其覆盖的四个格子的权值之和,恒为0。】

【因此,若要用1x4骨牌完全覆盖棋盘,其充要条件是整个棋盘的权值总和S=0。】

【所以,只有当n是4的倍数时,才可能被完全覆盖。】

写完这个证明,许燃才满意地点了点头。

这个解法,用代数的方法,将一个看似纯粹的组合问题,转化得干净利落。

其背后蕴含的,是“群表示论”的思想萌芽。

这种解法如果出现在大学的组合数学课堂上,都会被教授大加赞赏。

而现在,它出现在了一张高中生的竞赛答卷上。

……

“呼……呼……我日他仙人板板!”

实验中学的大门外,胖子孙磊正急得团团转,嘴里不干不净地骂着。

“这都一个半小时了,我家燃哥怎么还没出来?不会是被里面的题给难住了吧?”

王国栋老师也是一脸焦虑,紧紧握着一个保温杯,手背上青筋毕露。

胖子闲着也是闲着,干脆打开手机,登上了他们城关一中的校园贴吧。

【直播帖:我在龙城实验中学门口,为我燃哥守门!】

【1L(楼主-胖爷傲视群雄):兄弟们,现场情况非常焦灼!据我目测,里面杀气冲天,怨气滚滚,估计我燃哥正在大杀四方!】

【2L(学霸爱吃回头草):胖子你可拉倒吧,我表哥就在里面考试,刚才出来给我发消息说,第一题就快把他送走了,现在脑子还嗡嗡的。】

【3L(匿名用户):真的假的?那许燃能行吗?】

【4L(楼主-胖爷傲视群雄):放屁!你们懂个锤子!那叫凡人的哀嚎!对我燃哥来说,这不叫考试,这叫降临!他不是在写字,他是在给这帮凡夫俗子降下神谕!】

胖子的吹捧,给紧张的气氛带来了一丝莫名的喜感。

但谁都不知道,他那些看似夸张的胡言乱语,此刻,正在那座庄严的礼堂内,以一种更离谱的方式,真实上演着!

此时,距离考试结束,还有整整一个半小时。

许燃,已经完成了全部的试题。

他将两份堪称艺术品的答卷工工整整地放在桌角。

然后,他伸了个懒腰,调整了一个舒服的姿势,靠在椅背上。

在全场考生或抓狂、或绝望、或奋笔疾书的背景音中,他缓缓地,闭上了眼睛。

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