地圖上的數(shù)學(xué)難題??四色定理

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色彩的運(yùn)用涉及很多領(lǐng)域,比如繪畫(huà)、服裝、建筑、刺繡等等。繪制地圖當(dāng)然也離不開(kāi)色彩,不同的顏色可以幫助人們區(qū)分地圖上不同的區(qū)域。那么一幅地圖要用到多少種顏色呢?四種!這個(gè)答案聽(tīng)起來(lái)有些天方夜譚,就世界地圖而言,全世界有那么多國(guó)家,怎么可能用四種顏色就能區(qū)分呢?

1852年,一位畢業(yè)于倫敦大學(xué)的制圖員格斯里來(lái)到一家科研單位做地圖著色工作。他發(fā)現(xiàn)任何一塊地圖都可以只用四種顏色著色,于是,他提出了一個(gè)疑問(wèn),能否每張不出現(xiàn)飛地(即兩個(gè)不連通的區(qū)域?qū)儆谕粋(gè)國(guó)家的情況)的地圖,都可以用不超過(guò)四種顏色來(lái)染色,而且不會(huì)有兩個(gè)相鄰地區(qū)顏色相同呢?為了尋求答案,格斯里和正在讀大學(xué)的弟弟決定把這個(gè)問(wèn)題從數(shù)學(xué)上加以嚴(yán)格證明。兄弟二人為了證明這一問(wèn)題使用了一大疊稿紙,還是沒(méi)有什么進(jìn)展。因此,格斯里的弟弟請(qǐng)教了自己的老師,著名數(shù)學(xué)家德?摩爾根,摩爾根也沒(méi)有找到解決這個(gè)問(wèn)題的方法,于是他寫(xiě)信向自己的好友,著名數(shù)學(xué)家哈密爾頓請(qǐng)教。哈密爾頓收到摩爾根的信后,對(duì)四色問(wèn)題進(jìn)行論證。但是直到哈密爾頓逝世為止,這個(gè)問(wèn)題也沒(méi)有得到解決。

1872年,英國(guó)數(shù)學(xué)家凱利正式向倫敦?cái)?shù)學(xué)學(xué)會(huì)提出了四色猜想,從此,世界上許多一流的數(shù)學(xué)家都加入了證明這個(gè)問(wèn)題的隊(duì)伍中。后來(lái),一位名為肯普的律師兼數(shù)學(xué)家宣布他證明了四色問(wèn)題,他的證明發(fā)表在美國(guó)數(shù)學(xué)雜志上。肯普的證明得到了許多數(shù)學(xué)家的認(rèn)可,直到1890年,數(shù)學(xué)家希伍德指出他的證明存在嚴(yán)重錯(cuò)誤。雖然肯普本人也承認(rèn)了自己的證明存在缺陷,但他卻沒(méi)有辦法彌補(bǔ)。因此,四色問(wèn)題依然是所有數(shù)學(xué)家探索之路上的一大挑戰(zhàn)。

直到20世紀(jì),仍有不少數(shù)學(xué)家還在對(duì)四色問(wèn)題的證明進(jìn)行研究。

人們將四色猜想的內(nèi)容總結(jié)為:任何一張地圖只用四種顏色就能使具有共同邊界的國(guó)家著上不同的顏色。四色猜想與哥德巴赫猜想、費(fèi)馬定理成為了近代三大數(shù)學(xué)難題。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,計(jì)算機(jī)的誕生加快了對(duì)四色問(wèn)題證明的進(jìn)程。終于在1976年,美國(guó)數(shù)學(xué)家阿佩爾與哈肯在美國(guó)伊利諾斯大學(xué)的兩臺(tái)不同的電子計(jì)算機(jī)上,耗費(fèi)了1200多個(gè)小時(shí),驗(yàn)證了100多億個(gè)邏輯判斷,最終完成了四色定理的證明。四色猜想的計(jì)算機(jī)證明,轟動(dòng)了整個(gè)世界。

如今,雖然四色問(wèn)題已經(jīng)被計(jì)算機(jī)證明,但是還有許多數(shù)學(xué)家對(duì)四色定理繼續(xù)探索研究,畢竟對(duì)數(shù)學(xué)家以及數(shù)學(xué)愛(ài)好者來(lái)說(shuō),探索的過(guò)程比問(wèn)題本身更加有趣。


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