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地图上的数学猜想

2020-04-13华兴恒

发明与创新·中学生 2020年2期

华兴恒

在印制地图时,为了便于区分,常把相邻的国家或地区印成不同的颜色。当然,如果每个国家或地区各用一种颜色,确实能达到区分的目的,可颜色太多,不仅给地图的印制带来麻烦,而且看上去也不美观。由此产生了这样一个问题:至少需要几种颜色才能将相邻的国家或地区区别开来?

翻开中国地图可以看到,湖北省被陕西、河南、安徽、江西、湖南、重庆六省、市包围,按说需要七种颜色来区别它们,可实际上这七个省、市中由于有好几个没有共同的边界,因此只要四种颜色就可以区分省界。

人们在实践中发现,一张地图上的行政区划不管多么复杂,只需使用四种颜色着色,一般都能保证各省、市公共边界地区为不同的颜色,这就是著名的“地图四色问题”,又叫“四色猜想”。

最早提出“地图四色问题”的是英国人费南西斯·格斯里。1852年,刚从伦敦大学毕业的格斯里在英格兰的地图上进行了着色实验,结果发现这样一个规律:要使有公共边界的两个区域顏色不同,3种颜色太少,5种颜色太多,4种颜色刚好!

格斯里想用数学的方法予以证明,未能如愿。为了寻求答案,他请教了著名数学家德·摩尔根。摩尔根也没有找到解决这个问题的方法,于是他写信向自己的好友——著名数学家哈密尔顿请教。哈密尔顿收到摩尔根的信后,对“四色问题”进行了论证。但直到他逝世,这个问题也没有得到解决。

1878年,英国数学家凯莱在该国数学学会会刊上发表了一篇文章,将上述问题归纳为“四色猜想”,并通报给伦敦数学学会的会员们,以寻求证明方法。……

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