Энциклопедический словарь юного математика (Савин) - страница 8
оно оказалось нечетным. Тогда учитель предложил сформулировать требования, которые ученики предъявили к турниру, в виде аксиом. Для этого потребовалось ввести три первоначальных (неопределяемых) понятия: «игрок», «партия», «участие игрока в партии». Аксиом получилось четыре:
Аксиома 1. Число игроков нечетно.
Аксиома 2. Каждый игрок участвует в трех партиях.
Аксиома 3. В каждой партии участвуют два игрока.
Аксиома 4. Для каждых двух игроков имеется не более одной партии, в которой они оба участвуют.
Из этих аксиом можно вывести ряд теорем.
Рис. 1
Первую из них предложил для примера сам учитель.
Теорема 1. Число игроков не меньше пяти.
Доказательство. Так как нуль – четное число, то по аксиоме 1 число игроков не равно нулю, т.е. существует хотя бы один игрок A. Этот игрок в силу аксиомы 2 участвует в трех партиях, причем в каждой из этих партий, кроме A, участвует еще один игрок (аксиома 3). Пусть B, C, D - игроки, отличные от A, которые участвуют в этих партиях. По аксиоме 4 все игроки B, C, D различны (если бы, например, было B=C, то оказалось бы, что имеются две партии, в которых участвуют игрок A и игрок B=C). Итак, мы нашли уже четырех игроков: A, B, C, D. Но тогда по аксиоме 1 число игроков не меньше пяти.
Следующую теорему доказал один из учеников. Для этого он определил новое понятие: если q - некоторая партия и A - один из участвующих в ней игроков, то пару (q,A) назовем выступлением игрока.
Теорема 2. Число всех выступлений игроков четно.
Доказательство. Если в партии q участвуют игроки A и B, то мы получаем два выступления игроков: (q,A) и (q,B), т.е. каждая партия дает ровно два выступления игроков (аксиома 3). Значит, число всех выступлений игроков четно, так как оно вдвое больше числа всех партий.
Однако другой ученик доказал теорему, противоречащую предыдущей.
Теорема 3. Число всех выступлений игроков нечетно.
Доказательство. По аксиоме 2 игрок A участвует ровно в трех партиях, скажем q>1, q>2, q>3. Это дает три выступления игрока: (q>1,A), (q>2,A), (q>3,A). Отсюда следует, что число всех выступлений игроков равно 3n, где n - число игроков. Так как n нечетно (аксиома 1), то и 3n нечетно.
Таким образом, взятая аксиоматика позволяет доказать ряд теорем, однако среди них имеются две, противоречащие друг другу. Это означает, что такая аксиоматика противоречива, т.е. требования, выдвинутые организаторами турнира, несовместимы (рис. 1). Не удивительно, что мальчики не сумели составить расписание турнира: такого расписания просто не существует.
Рис. 1
После этого учитель предложил другую систему организации турнира, при которой каждый из участников должен сыграть не три, а четыре партии с кем-либо из остальных участников. Иначе говоря, он предложил рассмотреть «теорию», в которой те же первоначальные понятия, а аксиомы формулируются следующим образом: