Skip to content
ExamHope Logo

examhope

Primary Menu
  • Digital Logic
    • Arithmetic Operations
    • Asynchronous/Ripple Counters
    • Basic Gates
    • Boolean Algebraic Theorems
    • Codes
  • Data Structures
    • Binary Heaps
    • Binary Search
    • Binary Search Trees
    • Binary Tree
    • Binary Tree Sort
    • Bipartite Graphs
    • Complete Graph
  • Theory of Computation
    • Finite Automata
    • Finite Automaton First Example
  • Current Affairs
    • Sports News
    • Tech News
    • Bollywood News
    • Daily News
  • Database
  • Computer Network
  • Computer Organization and Architecture
  • C Language
  • Operating Systems
  • Software Engineering
  • Theory of Computation
  • About us
  • Contact Us
  • Privacy Policy
  • DMCA Policy
  • Terms and Conditions
  • Home
  • IT
  • Proof Techniques: The Pigeonhole Principle
  • The Pigeonhole Principle
  • IT
  • Theory of Computation

Proof Techniques: The Pigeonhole Principle

examhopeinfo@gmail.com November 18, 2025 3 minutes read
The Pigeonhole Principle

The Pigeonhole Principle

What is the Pigeonhole Principle?

The pigeonhole principle says:

โ€œIf you try to place more objects than the number of containers, at least one container will get at least two objects.โ€

Or in simpler words:

โ€œToo many items, too few boxes โ†’ something must share space.โ€

This idea looks almost too obviousโ€ฆ
yet it helps us prove surprisingly deep results in mathematics and in the Theory of Computation.


Why is it called the โ€˜pigeonholeโ€™ principle?

Long ago, people used small compartments called pigeonholes to store documents and letters.
Each mail would go into one slot.

If you have:

  • 7 letters
  • 5 pigeonholes

Then at least one pigeonhole gets 2 or more letters.
Itโ€™s just unavoidable.


๐ŸŒฑ A Simple Diagram

Hereโ€™s a small visual to make the idea feel natural:

Pigeonholes (Boxes):      P1   P2   P3
                           |    |    |
Objects (Pigeons):   O1  O2  O3  O4

Try placing 4 objects into 3 boxes:

       O1 โ†’ P1
       O2 โ†’ P2
       O3 โ†’ P3
       O4 โ†’ ??  No empty box left!

So O1, O2, O3 fit,
but O4 must share with some P1 / P2 / P3.

This is the principle in action.


๐Ÿง  Why is the pigeonhole principle useful in Theory of Computation?

Even though it sounds like a simple counting idea, it becomes a powerful proof tool.

Youโ€™ll often use it to show things like:

  • Some strings must repeat.
  • Some states in an automaton must be visited more than once.
  • A machine cannot handle too many different inputs with too few states.
  • A language cannot be recognized with limited memory.

Most importantly, it helps prove impossibility results.


๐ŸŽ’ Example (Automata Perspective)

Suppose you have a DFA with 5 states, and you run it on a string of 7 characters.

Each character moves the DFA from one state to another.

You now have a sequence of 8 state visits (including the starting state).

But there are only 5 states.

So at least one state must repeat.

This repeated state is the key idea behind the Pumping Lemma for regular languages.

All of this comes directly from the pigeonhole principle.


๐Ÿงฉ A Friendly Real-Life Example

Imagine youโ€™re in a classroom with 31 students.
You ask everyone to tell you their birth month.

There are only 12 months.

Since 31 > 12:

โžก๏ธ At least three students must share the same birth month.
(Why three? Because 31 รท 12 is more than 2.)

Even if birthdays seem โ€œrandom,โ€
the pigeonhole principle guarantees this.


๐Ÿ› ๏ธ How We Use It in Proofs

A typical pigeonhole-based proof goes like this:

  1. Identify the objects.
    These could be strings, states, numbers, or anything.
  2. Identify the pigeonholes.
    These are categories or containers.
  3. Show that the number of objects > number of pigeonholes.
  4. Conclude:
    At least one pigeonhole has 2 or more objects.

Thatโ€™s all!
No calculations, no complex logic โ€” just counting.


๐ŸŒŸ A Small Computation Example

Claim:
If a Turing machine has 20 states, and it processes an input of 30 steps,
then at least one state must repeat.

Reason (Pigeonhole Principle):

  • Number of โ€œpigeonholesโ€ = 20 states.
  • Number of โ€œpigeonsโ€ = 31 state visits (start + 30 moves).

Since 31 > 20,
โžก๏ธ at least one state is visited more than once.


About the Author

examhopeinfo@gmail.com

Administrator

Visit Website View All Posts

Post navigation

Previous: Proofs by Contradiction โ€” Proof Techniques in Theory of Computation
Next: Proof Techniques: Proofs by Induction

Related News

Vivo X200 Price Drop
  • IT
  • Current Affairs
  • Tech News

Vivo X200: เคœเคพเคจเฅ‡ เค•เคฟเคคเคจเฅ€ เค•เคฎ เค•เฅ€เคฎเคค เคชเคฐ เคฎเคฟเคฒ เคฐเคนเคพ เคฏเฅ‡ 9400 เคฎเคฟเคกเคฟเคฏเคพ เคŸเฅ‡เค• เคชเฅเคฐเฅ‹เคธเฅ‡เคธเคฐ เคตเคพเคฒเคพ เคธเฅเคฎเคพเคฐเฅเคŸเคซเฅ‹เคจ

examhopeinfo@gmail.com December 23, 2025 0
Samsung Galaxy S25 Plus
  • IT
  • Current Affairs
  • Tech News

Samsung Galaxy S25 Plus เคชเคฐ เคฎเคฟเคฒ เคฐเคนเฅ€ เคญเคพเคฐเฅ€ เค›เฅ‚เคŸ ,เคœเคพเคจเฅ‡ เคธเฅ‡เคฒ เคชเฅเคฐเคพเค‡เคธ

examhopeinfo@gmail.com December 22, 2025 0
Electricity bill saving Smart Plug
  • IT
  • Current Affairs
  • Tech News

AI เค•เฅ‡ เค‡เคธ เฅ›เคฎเคพเคจเฅ‡ เคฎเฅ‡เค‚ เค•เฅˆเคธเฅ‡ เคฌเคฟเคœเคฒเฅ€ เคฌเคšเคพ เคฐเคนเฅ‡ เคนเฅˆเค‚ เคฏเคน เคธเฅเคฎเคพเคฐเฅเคŸ เคชเฅเคฒเค—?

examhopeinfo@gmail.com December 21, 2025 0

Recent Posts

  • Vivo X200: เคœเคพเคจเฅ‡ เค•เคฟเคคเคจเฅ€ เค•เคฎ เค•เฅ€เคฎเคค เคชเคฐ เคฎเคฟเคฒ เคฐเคนเคพ เคฏเฅ‡ 9400 เคฎเคฟเคกเคฟเคฏเคพ เคŸเฅ‡เค• เคชเฅเคฐเฅ‹เคธเฅ‡เคธเคฐ เคตเคพเคฒเคพ เคธเฅเคฎเคพเคฐเฅเคŸเคซเฅ‹เคจ
  • Samsung Galaxy S25 Plus เคชเคฐ เคฎเคฟเคฒ เคฐเคนเฅ€ เคญเคพเคฐเฅ€ เค›เฅ‚เคŸ ,เคœเคพเคจเฅ‡ เคธเฅ‡เคฒ เคชเฅเคฐเคพเค‡เคธ
  • AI เค•เฅ‡ เค‡เคธ เฅ›เคฎเคพเคจเฅ‡ เคฎเฅ‡เค‚ เค•เฅˆเคธเฅ‡ เคฌเคฟเคœเคฒเฅ€ เคฌเคšเคพ เคฐเคนเฅ‡ เคนเฅˆเค‚ เคฏเคน เคธเฅเคฎเคพเคฐเฅเคŸ เคชเฅเคฒเค—?
  • เค•เฅเคฏเคพ เคนเฅˆ เคฏเคน GhostPairing Scam เค”เคฐ เคฌเคฟเคจเคพ เคชเคพเคธเคตเคฐเฅเคก เค”เคฐ เคธเคฟเคฎ เค•เฅ‡ เค•เฅเคฏเฅ‹เค‚ เคนเฅ‹ เคฐเคนเคพ เคนเฅˆ เคตเฅเคนเคพเคŸเฅเคธเคชเฅเคช เค…เค•เคพเค‰เค‚เคŸ เคนเฅˆเค•
  • Leica เค•เฅˆเคฎเคฐเฅ‡ เค•เฅ‡ เคธเคพเคฅ เคœเคฒเฅเคฆ เคฒเฅ‰เคจเฅเคš เคนเฅ‹ เคธเค•เคคเคพ เคนเฅˆ Xiaomi Ultra 17

At ExamHope, we understand that preparing for exams can be challenging, overwhelming, and sometimes stressful. Thatโ€™s why we are dedicated to providing high-quality educational resources, tips, and guidance to help students and aspirants achieve their goals with confidence. Whether you are preparing for competitive exams, school tests, or professional certifications, ExamHope is here to make your learning journey smarter, easier, and more effective.

Quick links

  • About us
  • Contact Us
  • Privacy Policy
  • Terms and Conditions
  • Disclaimer
  • DMCA Policy

Category

  • Computer Network
  • Computer Organization and Architecture
  • Data Structures
  • C Language
  • Theory of Computation
  • Database

You may have missed

Vivo X200 Price Drop
  • IT
  • Current Affairs
  • Tech News

Vivo X200: เคœเคพเคจเฅ‡ เค•เคฟเคคเคจเฅ€ เค•เคฎ เค•เฅ€เคฎเคค เคชเคฐ เคฎเคฟเคฒ เคฐเคนเคพ เคฏเฅ‡ 9400 เคฎเคฟเคกเคฟเคฏเคพ เคŸเฅ‡เค• เคชเฅเคฐเฅ‹เคธเฅ‡เคธเคฐ เคตเคพเคฒเคพ เคธเฅเคฎเคพเคฐเฅเคŸเคซเฅ‹เคจ

examhopeinfo@gmail.com December 23, 2025 0
Samsung Galaxy S25 Plus
  • IT
  • Current Affairs
  • Tech News

Samsung Galaxy S25 Plus เคชเคฐ เคฎเคฟเคฒ เคฐเคนเฅ€ เคญเคพเคฐเฅ€ เค›เฅ‚เคŸ ,เคœเคพเคจเฅ‡ เคธเฅ‡เคฒ เคชเฅเคฐเคพเค‡เคธ

examhopeinfo@gmail.com December 22, 2025 0
Electricity bill saving Smart Plug
  • IT
  • Current Affairs
  • Tech News

AI เค•เฅ‡ เค‡เคธ เฅ›เคฎเคพเคจเฅ‡ เคฎเฅ‡เค‚ เค•เฅˆเคธเฅ‡ เคฌเคฟเคœเคฒเฅ€ เคฌเคšเคพ เคฐเคนเฅ‡ เคนเฅˆเค‚ เคฏเคน เคธเฅเคฎเคพเคฐเฅเคŸ เคชเฅเคฒเค—?

examhopeinfo@gmail.com December 21, 2025 0
Ghost Pairing Scam on Whatsapp
  • IT
  • Current Affairs
  • Tech News

เค•เฅเคฏเคพ เคนเฅˆ เคฏเคน GhostPairing Scam เค”เคฐ เคฌเคฟเคจเคพ เคชเคพเคธเคตเคฐเฅเคก เค”เคฐ เคธเคฟเคฎ เค•เฅ‡ เค•เฅเคฏเฅ‹เค‚ เคนเฅ‹ เคฐเคนเคพ เคนเฅˆ เคตเฅเคนเคพเคŸเฅเคธเคชเฅเคช เค…เค•เคพเค‰เค‚เคŸ เคนเฅˆเค•

examhopeinfo@gmail.com December 21, 2025 0
Copyright ยฉ All rights reserved for ExamHope. | MoreNews by AF themes.
Go to mobile version