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誰最早發現鴿籠原理?

"古今中西竟不約而同注意到這個簡單、有趣卻又實用的現象。 "


撰文/李國偉

 

老師:「如果有五隻鴿子飛回家,卻只有四個鴿籠,那會怎麼樣?」 
大雄:「誰偷走了一個鴿籠?」 
小明:「有一隻鴿子要去流浪!」 
阿美:「會有一個籠子裡擠了兩隻鴿子。」

 

  阿美的回答最有數學味,因為數學裡的「鴿籠原理」就是說:「當鴿子的數目大於鴿籠的數目時,就必然會有兩隻鴿子住在同一個鴿籠裡。」

 

  這麼顯然易見的事情還值得有條「原理」嗎?沒錯!而且這條原理還非常有用,很多地方都能看到它的蹤跡。那麼是不是遠古的埃及或希臘就發現這條「原理」呢?非也!通常書裡都說「鴿籠原理」的應用,最早出現在1842年德國數學家狄利克雷(Gustav Lejeune Dirichlet)的數論書裡,不過當時他並沒有起任何名字,在他後來的著作裡稱之為「抽屜原理」(Schubfachprinzip)。

 

  關於「鴿籠原理」的起源,最近中、西不約而同都提出了新的見解。 

 

  1622年,法國蓬塔穆松(Pont-a-Mousson)地方上的耶穌會士呂里雄(Jean Leurechon)說過:「必然有兩個人彼此都擁有相同數目的頭髮、錢幣,或其他東西。」1624年在蓬塔穆松出版的一本暢銷書《數學娛樂》(Recreation mathematique),就引用了呂里雄的斷言,並且說明為什麼這個結論是對的。 

 

  首先此書作者假設,世界上人的數目必然多過頭髮最茂密的人的髮絲數。為了方便讀者理解,作者把問題大幅簡化,只假設有100個不禿頭的人,而頭髮最多的人有99根髮絲。先以99個人來考慮,他們中間若有兩個人髮絲數目相同,就驗證了原來的斷言。否則,他們之中某人有一根髮絲、某人有兩根髮絲、如此類推直到某人有99根髮絲。現在來看第100個人,依據假設,他的髮絲數不能多於99,所以必然會與前面99人中某人髮絲數相同,原來斷言因而得證。 

 

  依據法國的數學家李陶(Benoit Ritaud)與比利時的數學史學家希弗(Albrecht Heeffer)近年的研究,西方文獻裡不曾發現比呂里雄更早用過「鴿籠原理」的例證。

 

【本文轉載自科學人2014年10月號】