定理定義
在組合數學上,拉姆齊(Ramsey)定理是要解決以下的問題:要找這樣一個最小的數 n,使得 n個人中必定有 k個人相識或 l個人互不相識。
通俗表述
6 個人中至少存在3人相互認識或者相互不認識。
該定理等價於證明這6個頂點的完全圖的邊,用紅、藍二色任意著色,必然至少存在一個紅色邊三角形,或藍色邊三角形。
驗證推導
R(3,3)=6
證明如下:首先,把這6個人設為A、B、C、D、E、F六個點。由A點可以引出AB、AC、AD、AE、AF五條線段。設:如果兩個人認識,則設這兩個人組成的線段為紅色;如果兩個人不認識,則設這兩個人組成的線段為藍色。
由抽屜原理可知:這五條線段中至少有三條是同色的。不妨設AB、AC、AD為紅色。若BC或CD為紅色,則結論顯然成立。若BC和CD均為藍色,則若BD為紅色,則一定有三個人相互認識;若BD為藍色,則一定有三個人互相不認識。
拉姆齊數
拉姆齊數,用圖論的語言有兩種描述:
對於所有的 N頂圖,包含 k個頂的團或 l個頂的獨立集。具有這樣性質的最小自然數 N就稱為一個拉姆齊數,記作 R( k, l);
在著色理論中是這樣描述的:對於完全圖Kn的任意一個2邊著色( e1, e2),使得 Kn[ e2]中含有一個 k邊形, Kn[ e1]含有一個l邊形,則稱滿足這個條件的最小的n為一個拉姆齊數。(注意: K i按照圖論的記法表示i階完全圖)
拉姆齊證明,對與給定的正整數數 k及 l, R( k, l)的答案是確定和有限的。
拉姆齊數亦可推廣到多於兩個數:
對於完全圖 Kn的每條邊都任意塗上r種顏色之一,分別記為 e1,e2,e3,...,er ,在Kn中,必定有個顏色為e1的l1邊形,或有個顏色為 e2的 l2邊形……或有個顏色為 er的 lr邊形。符合條件又最少的數 n則記為 R( l1, l2, l3,..., lr; r)。
拉姆齊數的數值或上下界
已知的拉姆齊數非常少,保羅·艾狄胥曾以一個故事來描述尋找拉姆齊數的難度:“想像有隊外星人軍隊在地球降落,要求取得 R(5,5)的值,否則便會毀滅地球。在這個情況,我們應該集中所有電腦和數學家嘗試去找這個數值。若它們要求的是 R(6,6)的值,我們要嘗試毀滅這班外星人了。”
已知的拉姆齊數
R(3,3)=6, R(3,4)= R(4,3)=9, R(3,5)= R(5,3)=14, R(3,6)= R(6,3)=18, R(3,7)= R(7,3)=23, R(3,8)= R(8,3)=28
R(3,9)= R(9,3)=36, R(4,4)=18, R(4,5)= R(5,4)=25
關於拉姆齊數,有,當a,b大於等於2時。
顯然易見的公式:
1° R(1, s)=1
2° R(2, s)= s R( l1, l2, l3,..., lr; r)=R(l2,l1,l3,...,lr;r)= R( l3, l1, l2,..., lr; r) (將 li的順序改變並不改變拉姆齊的數值)
R(3,3)等於6的證明
證明:在一個K6的完全圖內,每邊塗上紅或藍色,必然有一個紅色的三角形或藍色的三角形。
•任意選取一個端點P ,它有5條邊和其他端點相連。
•根據鴿巢原理,5條邊的顏色至少有3條相同,不失一般性設這種顏色是紅 色。
•在這3條邊除了P以外的3個端點,它們互相連結的邊有3條。
•若這3條邊中任何一條是紅色,這條邊的兩個端點和P相連的2邊便組成一個紅色三角形。
•若這3條邊中任何一條都不是紅色,它們必然是藍色,因此,它們組成了一個藍色三角形。
•而在K5內,不一定有一個紅色的三角形或藍色的三角形。 每個端點和毗鄰的兩個端點的線是紅色,和其餘兩個端點的連線是藍色即可。這個定理的通俗版本就是友誼定理 。