第二百九十四章 四色定理(拓撲學)_數學心_思兔 
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第二百九十四章 四色定理(拓撲學)(1 / 1)

1852年,畢業於倫敦大學的格斯裡(francisguthrie)來到一家科研單位搞地圖著色工作時,發現每幅地圖都可以隻用四種顏色著色。這個現象能不能從數學上加以嚴格證明呢?他和他正在讀大學的弟弟決心試一試,但是稿紙已經堆了一大疊,研究工作卻是沒有任何進展。

即1890年,人們發現他們實際上證明了一個較弱的命題——五色定理。就是說對地圖著色,用五種顏色就夠了。

不過,讓數學家感到欣慰的是,郝伍德沒有徹底否定肯普論文的價值,運用肯普發明的方法,郝伍德證明了較弱的五色定理。

肯普是用歸謬法來證明的,肯普的證明闡明了兩個重要的概念,對以後問題的解決了途徑。第一個概念是“構形”。

他證明了在每一張正規地圖中至少有一國具有兩個、三個、四個或五個鄰國,不存在每個國家都有六個或更多個鄰國的正規地圖,也就是說,由兩個鄰國,三個鄰國、四個或五個鄰國組成的一組“構形”是不可避免的,每張地圖至少含有這四種構形中的一個。

肯普提出的另一個概念是“可約”性。

“可約”這個詞的使用是來自肯普的論證。

他證明了隻要五色地圖中有一國具有四個鄰國,就會有國數減少的五色地圖。

自從引入“構形”,“可約”概念後,逐步發展了檢查構形以決定是否可約的一些標準方法,能夠尋求可約構形的不可避免組,是證明“四色問題”的重要依據。

但要證明大的構形可約,需要檢查大量的細節,這是相當複雜的。

1913年,美國著名數學家、哈佛大學的伯克霍夫利用肯普的想法,結合自己新的設想;證明了某些大的構形可約。

後來美國數學家富蘭克林於1939年證明了22國以下的地圖都可以用四色著色。

1950年,溫恩從22國推進到35國。

1960年,有人又證明了39國以下的地圖可以隻用四種顏色著色;隨後又推進到了50國。

看來這種推進仍然十分緩慢。

高速數字計算機的發明,促使更多數學家對“四色問題”的研究。電子計算機問世以後,由於演算速度迅速提高,加之人機對話的出現,大大加快了對四色猜想證明的進程。

就在1976年6月,在美國伊利諾斯大學的兩台不同的電子計算機上,用了1101novel.com0個小時,作了100億個判斷,結果沒有一張地圖是需要五色的,最終證明了四色定理,轟動了世界。

這是一百多年來吸引許多數學家與數學愛好者的大事,當兩位數學家將他們的研究成果發表的時候,當地的郵局在當天發出的所有郵件上都加蓋了“四色足夠”的特製郵戳,以慶祝這一難題獲得解決。

但證明並未止步,計算機證明無法給出令人信服的思考過程。

一個多世紀以來,數學家們為證明這條定理絞儘腦汁,所引進的概念與方法刺激了拓撲學與圖論的生長、發展。

在“四色問題”的研究過程中,不少新的數學理論隨之產生,也發展了很多數學計算技巧。

如將地圖的著色問題化為圖論問題,豐富了圖論的內容。

不僅如此,“四色問題”在有效地設計航空班機日程表,設計計算機的編碼程序上都起到了推動作用。

後來,數學家發現7中顏色可以給空間各種形狀相鄰的模塊染色。

高維空間染色問題,大有可為!

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