你认为,是否有可能把全体正整数染成红蓝二色,使得不存在无穷等差数列,数列中的所有数都是一种颜色?如果你认为存在这样的染色方案,请给出一个构造方法;如果你认为不存在,证明之。在看下面的答案之前,不妨先仔细思考一下。
事实上,满足题意的染色方案是存在的,构造方法非常简单,非常直接,非常暴力。显然,无穷等差数列只有可数个,不妨把它们分别叫做A_1, A_2, A_3, …。现在,如果我们能够构造两个数列r_1, r_2, r_3, …和b_1, b_2, b_3…,使得对于每一个i,r_i和b_i都在数列A_i中,并且r数列中的每个数都和b数列中的所有数都不相同。这样,把r数列中的所有数染成红色,把b数列中的所有数染成蓝色(其它未出现的数随意染色),就能保证每个无穷等差数列都包含了至少两种颜色。
而这样的r数列和b数列显然存在,因为每一次选择新的r_i和b_i时,无穷数列A_i中都只有有限个数不能选,因此r_i和b_i永远都有选的。
Update: 地基层网友给出了一个更巧妙、更简单的构造方法:对全体正整数倍长间隔染色,即把1染成红色,2和3染成蓝色,4到7染成红色,8到15染成蓝色……。显然,当染色区间的长度大于公差时,等差数列最终都将一截一截地落在不同的染色区间中。