七桥问题与一笔画的通解
(论文拟稿)
在柯尼斯堡的一个公园里,有七座桥将一条河上的两座岛和两岸相连接。
当时有人提出了这么一个问题:如何一次性不重复不遗漏走完七座桥。
后来,数学家欧拉将它变成了一个一笔画问题(如图)。
从欧拉的简化图来看,似乎我们无论如何,也不能一笔画完图形。
但是,这是为什么呢?
在这个图中,有ABCD 4个点,有五条线汇聚到A点,三条线汇聚到B,C,D 点,我们可以把这种有奇数条线(3条及以上)汇聚的点称为奇点,作为对应,把有偶数条线(4条及以上)汇聚的点称为偶点。
那么,我们不难发现,在任意封闭图形中,奇点的个数一定是偶数。
因为一条线定连接两个点(或重合),若存在奇数个奇点,则此图形定不符合封闭图形定义。
从一个奇点来看,若要一笔画成,则此奇点定是起笔点或停笔点。
起笔点,停笔点只有两个,所以说,奇点为两个或没有奇点的封闭图形可以一笔画。
回来看七桥问题,图中有四个奇点,以任意两个作为起笔点和落笔点,则还有两个奇点无法连接。
故七桥问题无解。
从上面总结出以下结论:
■⒈凡是由偶点组成的连通图,一定可以一笔画成。
画时可以把任一偶点为起点,最后一定能以这个点为终点画完此图。
■⒉凡是只有两个奇点的连通图(其余都为偶点),一定可以一笔画成。
画时必须把一个奇点为起点,另一个奇点为终点。
■⒊其他情况的图都不能一笔画出。
(奇点数除以二便可算出此图需几笔画成。
)
我们可以把得到的结论推广到所有一笔画解法存在问题,如汉字“田”,我们观察到,它有四个奇点,故不可以一笔画。
而汉字“日”,只有两个奇点,则可以一笔画。
早在1736年,欧拉在交给彼得堡科学院的《哥尼斯堡7座桥》的论文报告中,就阐述了这种方法,也为后来的数学新分支--拓扑学的建立奠定了基础。
从这里我们可以看出,伟大的创造一开始可能并不像我们想象的那么高深莫测,仔细观察生活,我们也会有了不起的发现。