证明10人国际象棋锦标赛中获胜场次平方和与失利场次平方和相等
这是个很经典的组合数学小问题,咱们一步步拆解来完成证明:
首先明确锦标赛的基本规则:10名选手进行单循环赛,每个选手都要和其余9名选手各赛一场。所以对任意选手i(i从1到10),他的获胜场次w(i)加上失利场次l(i)必然等于9,也就是:w(i) + l(i) = 9 (对所有1≤i≤10成立)
我们的目标是证明:w(1)² + w(2)² + ... + w(10)² = l(1)² + l(2)² + ... + l(10)²
为了简化证明,我们可以先计算两边的差值,只要证明这个差值为0即可:(w(1)² + ... + w(10)²) - (l(1)² + ... + l(10)²) = Σ(w(i)² - l(i)²)(其中Σ代表从i=1到10求和)
接下来利用平方差公式a² - b² = (a-b)(a+b),把上面的式子展开:Σ(w(i)² - l(i)²) = Σ[(w(i)-l(i))(w(i)+l(i))]
因为我们已经知道w(i)+l(i)=9,这是个常数,所以可以把它从求和式中提出来:= 9 * Σ(w(i)-l(i))
现在问题转化为证明Σ(w(i)-l(i)) = 0,也就是Σw(i) = Σl(i)。这一步其实非常直观:在整个锦标赛中,每一场比赛都会产生1个胜场和1个负场,所有选手的总获胜场次必然等于总失利场次——每一场的胜场和负场是一一对应的,总数量完全相等。
既然Σw(i) = Σl(i),那Σ(w(i)-l(i)) = 0,代入回之前的式子就得到:(w(1)² + ... + w(10)²) - (l(1)² + ... + l(10)²) = 9 * 0 = 0
由此直接推出我们要证明的结论:w(1)² + w(2)² + ... + w(10)² = l(1)² + l(2)² + ... + l(10)²
备注:内容来源于stack exchange,提问作者Laksh Sharma




