BMO奇偶不变量:棋盘走奇数步为什么不能回到原点?

不变量是一种“不管走法多复杂都能追踪”的量。本题并不需要计算每一步的距离;只要观察格点坐标和x+y的奇偶性,便能一口气排除所有奇数步回原点的可能。

本文围绕奇偶不变量提供一道原创教学练习及可复查的解题路径,不是BMO英国数学奥林匹克官方真题。阅读时先尝试独立完成题目,再对照关键步骤。

一、题目与解题目标

在棋盘上放一枚棋子,每次允许横向或纵向移动一格。证明从(0,0)走奇数步不可能回到(0,0)。

二、关键推导:为什么能得到这个答案

定义不变量的替代方法是对格点染黑白棋盘色:坐标和x+y的奇偶性每移动一步都会翻转。原点是偶色,走奇数步处在奇色,故无法回到原点。

三、用第二种角度核验

若走2步,如先右后左,可以返回原点,说明结论只排除奇数步,未排除所有正步数。

四、深入一层:从本题抽出通用方法

关键条件检验:横移一格只改变x的奇偶性,纵移一格只改变y的奇偶性,所以x+y每步必变奇偶。若允许斜走(1,1),x+y一次加2,证明立即失效。

五、容易出错的条件与边界

不能说“距离每步必增加1”,因为折返可以减小距离;应追踪每步的奇偶翻转;若以t表示步数,x+y−t的奇偶性保持不变。

证明“奇数步不可能回到原点”不等于证明“偶数步一定回到原点”。必要条件与充分条件不能混淆。

六、变式练习与明确答案

若增加斜向一步(1,1),原奇偶不变量不再每步翻转,需要重新检查允许操作。

只能在偶数步数后回到原点,且不是每个偶数步走法都会回到原点。

七、学习时如何使用这道例题

建议先遮住解答独立列出题设中的限制,再根据“奇偶不变量”方法建立等式、分类或图示。复查时重点核对本题的决定性步骤,而不是只看最后的数字。

这篇奇偶不变量练习不能替代BMO英国数学奥林匹克官方公布的竞赛范围,也不提供任何报名日期或奖项预测。文中的数字与变式均为原创教学演示,具体材料应以本题的约束和推导为依据。

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