MathLabs
定理証明済み

一般化された鳩の巣原理

内容

nn 個の物を kk 個の箱に分配すると、少なくとも1つの箱には少なくとも ⌈n/k⌉\lceil n/k\rceil 個の物が入る。

なぜ正しいのか?

基本原理はどこかに 22 個の物があることしか保証しないが、一般化された版はこれを、nn 個の物を kk 個の箱で平均したときに強制される正確な最小値へと精密化する。同じ背理法の考え方を使うが、11 の代わりに ⌈n/k⌉−1\lceil n/k\rceil-1 と比較する。

証明の概略

背理法のため、すべての箱が高々 ⌈n/k⌉−1\lceil n/k\rceil-1 個の物しか含まないと仮定する。

このとき分配された物の総数は高々 k(⌈n/k⌉−1)k\left(\lceil n/k\rceil-1\right) である。

⌈n/k⌉\lceil n/k\rceil は n/kn/k 以上の最小の整数であるから、⌈n/k⌉−1<n/k\lceil n/k\rceil-1<n/k であり、したがって k(⌈n/k⌉−1)<k⋅nk=nk\left(\lceil n/k\rceil-1\right)<k\cdot\frac{n}{k}=n となる。

よって分配された総数は nn より真に小さく、nn 個すべての物が分配されたことと矛盾する。したがって少なくとも1つの箱には少なくとも ⌈n/k⌉\lceil n/k\rceil 個の物が入る。

この定理を使うトピック

ステップごとの証明

この定理のステップごとの証明はまだありません。