某次会议有 $n$ 名代表出席,已知:任意四名代表中都有一人与其余的三个人握过手,试证:任意四名代表中,都有一人与其他 $n-1$ 名代表握过手.
约定在这 $n$ 名代表中,任选 $4$ 名代表组成的集合称为 quad-team,且若某人在其所处的任意一个 quad-team 中与其他三人都握过手,那么称他为该 quad-team 中的 p-person.
注意到以下事实:
在 $n$ 名代表中任选一个 quad-team ,记为 $T=\{A,B,C,D\}$ ,进行讨论如下:
若 $T$ 中存在两名代表,他们之间没有握过手:
不失其一般性,假设这两位代表为 $B$ 和 $C$,根据 p-person 的定义,$B$ 和 $C$ 都不是 p-person. 那么,不妨假设 $A$ 是 $T$ 中的 p-person.
进而,在除了 $T$ 之外的 $n-4$ 名代表中,任意选取一名新代表 $E$ ,并考虑其与 $A$ , $B$ , $C$ 组成的新的 quad-team ,记为 $T'$,此时由题意可知,$A$ 或者 $E$ 中至少有一位是 p-person:
于是,无论如何 $A$ 和 $E$ 一定握过手——注意 $E$ 是在集合 $T$ 之外任意选取的一名代表,所以照此推断,我们可以得知 $A$ 与集合 $T$ 之外的任何一人都握过手,同时 $A$ 又是 quad-team 的 p-person,所以 $A$ 与除自己外的所有 $n-1$ 人都握过手.
若 $T$ 中任意两位代表之间都握过手:
于是 $T$ 中 $A$ , $B$ , $C$ , $D$ 都是该 quad-team 的 p-person.
不失一般性,考虑一下代表 $D$ (这里选谁都没问题,最多只是换个名字而已),若 $D$ 与除 $T$ 外的所有人都握过手,那么 $D$ 显然就与其他 $n-1$ 个人握过手;
若存在某个不属于 $T$ 的代表,不妨记作 $F$ ,他与 $D$ 没有握过手,于是我们构造一个新的 quad-team ,记作 $T^{''} = \{A,B,D,F\}$,此时就回到了 case 1 的情形——我们可以对 $T^{''}$ 直接套用 case 1 的推断过程得出结论,$A$ 与除自己外的所有 $n-1$ 人都握过手.
综合以上讨论,在 $T$ 中,总能找到一个与除自己外所有人都握过手的人,而 $T$ 本身是任意选取的,因此命题得证.
Q.E.D.