Matematik Atölyesi – Şans #2

Ev Arkadaşı Güvercinler

Matematikte beni en çok, ilk bakışta bariz ve basit görünen gerçeklerin onlarca hatta yüzlerce farklı uygulaması olduğunu görmek mutlu ediyor. Bir diğer ismi Dirichlet’in kutusu olan güvercin deliği ilkesi de bu bariz ve basit gerçeklerden biridir.

Dirichlet’in Kutusu: Alman matematikçi Lejeune Dirichlet’in ilk olarak 1834 yılında bahsettiği bu ilkeye göre eğer n tane kutuya n’den fazla cisim yerleştirilmek istenirse, bu kutulardan en az bir tanesinde birden fazla cisim olur.

Türkiye’nin bir çok kentinde güvercin besleyen insanlara rastlanır. Mardin, bu kentlerin başında gelir. Buranın takla atan güvercinleri meşhurdur.

Diyelim ki Mardin’de güvercinleri için küçük evler tasarlamış olan bir kişiyle tanıştınız. Fakat adamın yaptığı ev sayısının beslediği güvercin sayısından az olduğunu fark ettiniz. Bu durumda küçük güvercin evlerinden en az bir tanesinde birden fazla güvercinin kalması gerektiği sonucu ortaya çıkar. Yani en az bir güvercin çifti ev arkadaşıdır.

1200px-TooManyPigeons

Örneğin 10 tane güvercin evinde kalan 11 güvercin olsa. Sırayla güvercinleri evlere yerleştirirseniz evler dolduğunda bir güvercin boşta kalmış olur.

İlk 10 güvercin evlere girince, 11. dışarıda kalır ve dolu evlerden birine girmek durumda kalır. Tabi ki güvercinlerin hangi sırayla evlere girdiği önemsizdir.

İşte bu güvercini herhangi bir eve sokarsanız, o evde iki güvercin olmuş olur. Dirichlet’in bahsettiği ilke işte tam olarak bunu açıklar.

Oyun

Şu an kalabalık bir yerde misiniz? Değilseniz hemen bir Starbucks’a gidin. Kahveniz benden, IBAN atın yeter.

Etrafınıza bakın: Bulunduğunuz yerde en az 2 kişi aynı sayıda insan tanıyordur.

Kurallar

  1. Bulunduğunuz yerde 2 kişiden fazla insan olmalı.
  2. Birini tanımak ancak karşılıklıysa geçerlidir. Yani bulunduğunuz yerde Sean Connery varsa, tanışık olmanız için Sean Connery’nin de sizi tanıyor olması gerekir.
  3. Bir insan kendini tanımalı. Ama bu oyunda kendini tanımak diye bir şey yok.

Örnek: 5 kişilik bir grup.

Böyle bir toplulukta bir kişi en fazla 4 kişiyi tanıyabilir. (Kendisi dışında kalan herkesi) En az olarak ise 0 (sıfır) kişiyi tanıyabilir. Yani gruptaki kişilerden her biri 0, 1, 2, 3 ve 4 kişi tanıma şansına sahiptir.

IMG_6148
Eğer e 0 (sıfır) kişiyi tanıyorsa, a 4 kişiyi tanıyor olamaz.

Fakat bu grupta bir kişi 0 (sıfır) insanı tanıyorsa, aynı grupta 4 kişiyi tanıyan biri olamaz demektir.

O halde bu 5 kişilik grupta insan tanıma sayıları ya 1, 2, 3, 4 olur ya da 0, 1, 2, 3 olur. Aynı grupta hem 4 kişiyi tanıyan hem de 0 kişiyi tanıyan olamaz.

İşte bu yüzden gruptaki 5 kişiye bu iki dört sayılık gruptan biri dağıtılmalıdır. Güvercinleri görebiliyorsunuz değil mi?

a. Kişi tanıma sayıları 1, 2, 3, 4 olursa:

IMG_6153

İlk dört kişiye sırasıyla 1, 2, 3 ve 4 sayıları verilir. Beşinci kişi boşta kalmıştır. Bu sayılardan birini almak zorundadır. Hangi sayıyı alırsa alsın grupta tam olarak iki kişi aynı sayıya sahip olmuş olur.

b. Kişi tanıma sayıları 0, 1, 2, 3 olursa:

IMG_6152

Yine ilk dört kişiye sırasıyla 0, 1, 2 ve 3 sayıları verilir. Boşta kalan beşinci kişiye mecburen bu sayılardan biri gelir. Böylece grupta aynı sayıya sahip iki kişi olur.

Bi’ Göz Atmakta Fayda Var

5×5 boyutlarında bir dama tahtası düşünün. Tahtada bulunan her bir küçük karenin içinde çikolata bulunsun. Her çikolata ancak kendisine komşu olan kareye gidebilir. (İki karenin komşu olması için en az bir kenarları ortak olmalıdır.)

Çikolatalar ancak oklarla gösterildiği şekilde yer değiştirebilir.

Diyelim ki tahtadaki tüm çikolataların yerini değiştirdik. Bu işlem sonunda ilk durumdaki gibi her bir karede tam olarak bir tane çikolata olur mu?

M. Serkan Kalaycıoğlu

 

 

Real Mathematics – What are the chances?! #2

Roommate Pigeons

It makes me really happy whenever I discover a fact in mathematics which has incredible depth even though it looks really simple and obvious in the begining. One of these facts is called pigeonhole principle. It is also known as Dirichlet’s box.

Dirichlet’s Box: German mathematician Lejeune Dirichlet first mentioned his pigeonhole principle in 1834. According to him if more than n objects are placed into n boxes, there will be at least one box that has more than one object.

Raising pigeons is a common tradition in most cities of Turkey. Mardin is one of the leading ones of those cities. Tumbler pigeons of Mardin are really famous.

Let’s say you met a guy who raises tumbler pigeons. He is so enthusiastic about his pigeons; he even built little houses for them. However, you counted the numbers of pigeons and little pigeon houses and you realized that there are more pigeons than pigeon houses. In this case you’ve come to the conclusion that at least one of the houses must have at least two pigeons. In other words, there are pigeons who are roommates.

1200px-TooManyPigeons

For instance if you have 10 pigeon houses and 11 pigeons, whenever you put pigeons into their houses, one pigeon will always be left outside. And that pigeon will have to be a roommate to one of those 10 pigeons.

It doesn’t matter what kind of order is being used. In the end there will be a pigeon who will have to share his/her house with another pigeon.

This is the pigeonhole principle.

Game

Are you in a crowded room now? If not, go to a Starbucks and drink a coffee on me. Yes, you can send me the bill. We need crowd for this game.

Look around now: There are at least 2 people who know the same number of person in that room/place.

Rules

  1. There must be more than 2 people in the room.
  2. Knowing someone is mutual. If Sean Connery is in the next table, unless he knows who you are too, you can’t count him as someone you know.
  3. A person should know himself/herself. But, you should do it in your private time. In this game, you can’t count yourself as a person you know.

Example: A group of 5.

In such group, one person can know at most 4 people. (Everyone except him/herself) Also one person can know at least 0 (zero) person. Then we can conclude that in this group of 5, everyone can get to know either one of 0, 1, 2, 3, 4 number of person.

Although in this group if someone knows 0 (zero) number of person, then there can’t be such person who knows 4 people in the same group.

IMG_6148
If e knows 0 (zero) number of person, then a can’t know 4 number of person.

This is why these 5 people can know 0, 1, 2, 3 or 1, 2, 3, 4 numbers of person. We can’t have 0 and 4 at the same group.

Thus, we should assign either one of these 4 numbers to 5 people. Can you see the pigeons?

a. 1, 2, 3, 4

IMG_6153

First four people will get 1, 2, 3 and 4 respectively (It doesn’t have to be respectively though. You can use any order you’d like.). Fifth person is left without a number and must be assigned to either one of 1, 2, 3 or 4. No matter which number that person takes, there will be two people that know same number of person.

b. 0, 1, 2, 3

IMG_6152

First four people will get 0, 1, 2 and 3 respectively. Fifth person is left without a number and will get either one of those four numbers. Hence there will be two people that have the same number.

One wonders…

Imagine a 5×5 chess board. Every square of the board has a chocolate placed on it. Every chocolate can only be put to an adjacent square on the board. (Two squares are adjacent if they share an edge.)

Chocolates can move to other squares as shown in the photos.

Assume that we moved every chocolate on the board. In the end, will there be exactly one chocolate in every square?

M. Serkan Kalaycıoğlu