时间,在李振华教授的震惊中,又过去了半个多小时。
考场内,第一轮的交锋已经初见分晓。
有几位顶尖选手,已经成功攻克了第一道题,开始向第二座堡垒发起冲击。
考试时间四个半小时,平均每道题有一个半小时的充裕时间,但此刻才过去一个多小时,仍有大部分考生被困在第一道题的泥潭里。
而徐辰,此刻终于停下了笔。
他长长地舒了一口气,脸上露出一种如释重负的、纯粹的满足感。
他将那张写满了“天书”的草稿仔细看了一遍记在脑中,按照规定,稿纸不能带出考场,所以只能背下来,然后等着考试结束后再复现出来。
【终于……解开了。】
徐辰心中一片通明。
【虽然这300块钱不多,但这种攻克难题的乐趣,却是无价的。】
【而且,系统面板上,数学的学科经验值又增加了5点。看来,通过创新方法来解决数学题,确实是刷经验的好方法。既能锻炼思维,又能赚钱,还能拿经验,比单纯刷题有效率多了。】
【反正o竞赛考试对我来说已经毫无压力,拿到点系统经验才是最实在的。】
他整理了一下思路,目光,终于第一次,正式落在了面前的o试卷上。
也就在这时,他才注意到,身边不知何时多了一位监考老师,正用一种看外星人似的眼神,匪夷所思地盯着自己。
徐辰看了一眼墙上的时钟。
【九点零三分。已经过去一个多小时了?】
他对着李振华教授,略带尴尬地笑了笑,象个上课走神被老师抓包的学生。
李振华教授没有走远,他反而更好奇了。他想看看,这个浪费了一个多小时宝贵时间的“疯子”,究竟要如何应对试题上这三座连顶尖天才都感到棘手的迷宫。
随后,他就将见证自己执教生涯中,最为颠复认知的一幕。
……
只见徐辰看向了第一题。
【题目一:求所有正整数对(a, b),使得 a2+ b + 3和 b2+ a + 3均为完全平方数。】
李振华教授看到,徐辰只是盯着题目看了大约十五秒。
然后,他动笔了。
他没有进行任何复杂的放缩,而是直接引入变量代换,令 a2+ b + 3 = 2,b2+ a + 3 = n2。
【很常规的开局。】李振华教授心想,【但接下来,才是这道题真正的陷阱所在。】
这个方程的陷阱,在于它会引诱解题者进入一个极其庞杂的分类讨论。的情况,还要讨论 , n的奇偶性,每一个分支下又可能衍生出新的分支。这就象一个巨大的迷宫,走错一步,就会在无尽的代数变形中耗尽心力,最终迷失方向。
然而,徐辰根本没有踏入这个迷宫!
他笔锋一转,竟从“韦达跳跃”的思想中汲取灵感!这是一种在数论奥赛中被誉为“核武器”的技巧,专门用来处理某些丢番图方程。因在1988年io第六题,也就是那道被誉为史上最难的io题目之一的解答中大放异彩而闻名于世。
其内核思想,是将方程的一个解视为二次方程的根,然后利用根与系数的关系(韦达定理),构造出一个更小的解,通过无穷递降法导出矛盾,或者找到所有解的结构。
只见徐辰巧妙地将变量b视为常量,将原方程之一转化为关于a的二次方程,然后利用求根公式和整除性,直接创建起了a和b之间一个极其深刻的内在联系!
整个过程,行云流水,没有一丝多馀的步骤。他就象一个拥有上帝视角的玩家,直接看到了迷宫的终点,然后画出了一条直线路径,轻松地绕开了所有的岔路和陷阱。
不到十五分钟,他便写下了全部解:(1,1)和所有形如(k2-3, k)且 k为大于等于2的正整数的解对。
李振华教授的呼吸,微微一滞。
【他……他轻松地绕开了所有的陷阱!用一种更高维度的视角,直接看到了问题的本质!】
如果说,之前那个京城四中的天才,是用精妙的剑法,一招一式地拆解了巨兽的防御。那么徐辰,就象一个神明,只是淡淡地瞥了巨兽一眼,那巨兽便自动献上了自己的命门!
【这小子的数论功底,深不可测。】李振华教授心想。
徐辰没有停顿,目光移向了第二题。
……
徐辰没有停顿,目光移向了第二题。
【题目二:在一个10x10的棋盘上,放置了若干个“l”形的三格骨牌(可以旋转),每个骨牌恰好复盖3个方格,且互不重叠。问:棋盘上最多能空出多少个格子?】
李振华教授的眼神也变得专注起来。这是一道经典的组合几何与染色问题的结合体,看似简单,实则是“不变量”思想的绝佳体现。这类问题的内核,不在于去尝试千万种具体的摆放方案,而在于找到一个在骨牌复盖下保持不变的性质,从而导出数量的上界。
【关键,在于染色。】李振华教授的脑海中,瞬间闪过了几种常规的染色方案。
【最简单的黑白二染色?不行。】他立刻否定,【一个l形骨牌,要么复盖2个黑格1个白格,要么1黑2白。这无法提供一个恒定的约束,变量太多,无法得出确定的上界。】
【那四染色法呢?根据坐标的奇偶性将棋盘染成四种颜色?】他继续思考,【这是一种更强的工具,在处理多米诺骨牌问题时有奇效。但对于l形骨牌……它的型状不规则,旋转后占据的颜色组合依然会变化,还是很难找到那个简洁的不变量。】
他知道,这道题的标准解法之一,就是通过一种更复杂的行染色或列染色,结合一些巧妙的代数论证来完成,过程并不直观,对学生的思维转换能力要求很高。他看到考场中已经有几位选手在尝试用不同的颜色涂抹草稿纸,但大多陷入了困境。
而徐辰,在短暂的思考后,动笔了。
他没有象其他人那样对整个10x10的棋盘进行染色,而是在草稿纸上,先画了一个3x3的方格。然后,用三种颜色,进行了一种奇异的、从中心开始向外盘旋的螺旋式染色。
【螺旋染色?】李振华教授的眉头微微一挑。
这种染色方式他当然见过,在一些计算机图形学的算法,或者更专门的组合设计理论中,这是一种处理网格问题的非主流但有效的工具。但是,把它用在o的赛场上,用在解决l形骨牌问题上?这思路太野了!
紧接着,徐辰将这个3x3的染色“模版”,推广到了整个10x10的棋盘。
然后,李振华教授看到了让他拍案叫绝的一幕。
徐辰基于这种独特的染色方案,只用了短短几行字的论证,便得出了结论:在这种螺旋染色下,100个格子中,三种颜色的格子数分别为34, 33, 33。而任何一个l形骨牌,无论它如何旋转、如何摆放,都必然会占据螺旋路径上位置相邻的三个格子(或者有特定位置关系),而根据三染色的循环规则,这三个格子的颜色,必然是红、黄、蓝各一个!
【我的天……】李振华教授感觉自己的喉咙有些发干。
他瞬间明白了这种解法的恐怖之处。
【他……他找到了这个问题的‘本征态’!】
常规的染色法,象是用一把通用扳手去拧一颗奇形怪状的螺丝,总有些地方不匹配。而徐辰的这种螺旋染色法,就象是专门为“l形骨牌”这颗螺丝,量身打造的一把完美的、唯一的钥匙!它将l形骨牌的几何特性,与染色方案的代数结构,完美地统一了起来!
因此,被骨牌复盖的局域中,三种颜色的数量必然是相等的。而棋盘上数量最少的那种颜色(33个),就成了木桶的短板,决定了最多只能放下33个骨牌!
所以,最多能放置33个骨牌,复盖99个格子。
整个证明过程,简洁,优美,充满了数学的力量感。它完全绕开了去尝试具体摆放方案的巨大工作量,直接从最抽象的结构入手,一击致命。
【妙啊……真是妙到毫巅!】李振华教授心中赞叹不已,【这种发现问题内核结构并为之构造工具的能力,是成为一名优秀数学家的潜质!】
……
最后,是第三题。