• 铺砖问题的一个证明


    有一个16x16的正方形地面,去除主对角线上两个顶点的各1x1的地面之外,能否用127块1x2的砖完整地铺下来,而不会打破任何一块砖。
    首先,这块地面一共有256平方,扣除对角线顶点上的两个平方,一共254平方,面积等于127块1x2的砖的面积总和,理论上如果砖可以切割成1x1的小块,就一定可以铺满地面。但是,如果不切开任何一块砖,是否可以呢?
    答案是不行。这里,我们需要构造某种由部分的某种特征构成的不变量,从而构造矛盾。那么这个不变量是什么呢?
    先做一些观察。首先,这块地面如果能用1x2的砖铺满,那么就一定可以将这个地面划分成256个1x1的小格,而每块砖恰好占有两个小格。
    其次,可以看每一行和每一列小格。由于第一行和最后一行分别有15个小格,其余行分别由16个小格。那么横着放的砖占据2个相邻的小格,而竖着放的砖占据1个小格。因此第一行和最后一行必然是奇数个竖着放的砖,其余行都是偶数个竖着放的砖。由对称性,相应的结论对于列也成立。因此,竖着放的总次数为4k,k为奇数。
    然后,每块砖只能是横着放或竖着放,因此按照竖着被计数的次数为127x2。
    由于4k不可能等于127x2,因此不可能在不切割砖的情况下,铺满整个地面。

    这如果组成整体的各个部分具有某些特征,那么可以决定整体的某些特征,比如这里的2x1的砖,不可能在不切开的情况下组成128x128缺少对角线上两个角的方形区域。

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