f第一章
兴趣数学
第一节七桥问题(一笔画问题)
18世纪时,欧洲有一个风景秀丽的小城哥尼斯堡,那里有七座桥。如图1所示:河中的小岛A与河的左岸B、右岸C各有两座桥相连结,河中两支流间的陆地D与A、B、C各有一座桥相连结。当时哥尼斯堡的居民中流传着一道难题:一个人怎样才能一次走遍七座桥,每座桥只走过一次,最后回到出发点?大家都试图找出问题的答案,但是谁也解决不了这个问题。
七桥问题引起了著名数学家欧拉(17071783)的关注。他把具体七桥布局化归为图所示的简单图形,于是,七桥问题就变成一个一笔画问题:怎样才能从A、B、C、D中的某一点出发,一笔画出这个简单图形(即笔不离开纸,而且a、b、c、d、e、f、g各条线只画一次不准重复),并且最后返回起点?
欧拉经过研究得出的结论是:图是不能一笔画出的图形。这就是说,七桥问题是无解的。这个结论是如何产生呢?
f如果我们从某点出发,一笔画出了某个图形,到某一点终止,那么除起点和终点外,画笔每经过一个点一次,总有画进该点的一条线和画出该点的一条线,因此就有两条线与该点相连结。如果画笔经过一个
次,那么就有2
条线与该点相连结。因此,这个图形中除起点与终点外的各点,都与偶数条线相连。如果起点和终点重合,那么这个点也与偶数条线相连;如果起点和终点是不同的两个点,那么这两个点部是与奇数条线相连的点。
综上所述,一笔画出的图形中的各点或者都是与偶数条线相连的点,或者其中只有两个点与奇数条线相连。图2中的A点与5条线相连结,B、C、D各点各与3条线相连结,图中有4个与奇数条线相连的点,所以不论是否要求起点与终点重合,都不能一笔画出这个图形。
欧拉定理:如果一个图是连通的并且奇顶点的个数等于0或2,
那么它可以一笔画出;否则它不可以一笔画出。练习:你能笔尖不离纸,一笔画出下面的每个图形吗?试试看。(不走重复线路)图例1
f图例2
图例3
图例4
2四色问题人人都熟悉地图,可是绘制一张普通的政区图,至少需要几种颜色,才能把相邻的政区或区域通过不同的颜色区分开来,就未必是一个简单的问题了。这个地图着色问题,是一个著名的数学难题。大家不妨用一张中国政区图来试一试,无论从哪里开始着色,至少都要用上四种颜色,
f才能把所有省份都区别开来。所以,很早的时候就有数学家猜想:“任何地图的着色,只需四种颜色就足够了。”这就是“四色问题”这个名称的由来。
四色问题又称四色猜想,是r