解析证明四色定理

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  摘  要:严格定义邻居,通过讨论邻居环中邻居总数的奇偶性,得出四色定理。
  关键词:四色定理,四色问题,四色猜想,格斯里(Francis Guthrie)。
  1.地图着色原则:
  接壤的两个区域不同色,这里的接壤是共同拥有边界线,而不是点。
  这里的地图,是平面上的,或是球面上的,不考虑其它情形。
  2.问题的提出:
  1852年,毕业于伦敦大学的格斯里来到一家科研单位搞地图着色工作时,发现每幅地图都可以用四种颜色着色。这个现象能不能从数学上加以严格证明呢?他和正在读大学的弟弟决心试一试,但是稿纸已经堆了一大叠,研究工作却是没有任何进展。
  1852年10月23日,他的弟弟就这个问题的证明请教了自己的老师、著名数学家德.摩尔根,摩尔根也没有能找到解决这个问题的途径,于是写信向自己的好友、著名数学家哈密顿爵士请教,但直到1865年哈密顿逝世为止,问题也没有能够解决。
  1872年,英国当时最著名的数学家凯利正式向伦敦数学学会提出了这个问题,于是四色猜想成了世界数学界关注的问题,世界上许多一流的数学家都纷纷参加了四色猜想的大会战。
  3.计算机证明:
  1976年6月,在美国伊利诺斯大学的两台计算机上,用了1200个小时,作了100亿个判断结果没有一张地图是需要五色的,最终证明了四色定理,轰动了世界。
  4.论据不充分:
  计算机证明虽然做了百亿个判断,终究只是在庞大的数量上取得成功,这并不符合数学严密的逻辑体系,至今仍有无数数学爱好者投身其中研究。
  5.猜想:
  地图着色四色足够。
  6.地图着色法:
  ①关注一个区域(本区)着A色。
  多个区域交于一点,本区为点,不著色。
  ②检查有没有与本区多次接壤的区域(复邻)。
  如果没有复邻,都是单邻,就用B色C色交替着色。
  如果有复邻,先把它当做单邻处理,(被它扣住的区域以后处理)。
  ③顺色邻居之一着D色。
  ④复邻内区域,用本区和复邻颜色以外的二色交替着色。
  嵌套的复邻,逐层扒皮。
  ⑤关注下一个区域(已着色的边缘区域做新的本区)
  7.定义:
  本区:关注的区域。
  复邻:与本区接壤多次的区域(两次接壤之间有独立的区域)。
  嵌套:多层复邻。
  复邻体:复邻及其与本区之间区域的总和。
  邻居:与本区接壤且不被复邻扣住的区域。
  单邻:与本区接壤一次的邻居(哪怕它包围了本区)。
  邻居环:所有邻居组成的环,首尾相接。
  偶数环:偶数个邻居的邻居环。
  奇数环:奇数个邻居的邻居环。
  邻居链:整段邻居组成的链,首尾不接。
  本区集团:本区及所有邻居的总和。
  8.证明:
  邻居链着色二色足够。
  ∵邻居链首尾不接,不受顺色制约,
  ∴二色交替即可,二色足够。
  复邻体着色三色足够。
  ∵复邻内的区域只能是邻居链,
  ∴复邻内区域着色二色足够。再加复邻一色,复邻体着色三色足够。
  邻居环着色(邻居总数>1时):
  偶数环着色二色足够。
  ∵偶数环的首尾奇偶性不同,
  ∴奇偶不同色即可,二色足够。
  奇数环着色三色足够。
  ∵奇数环的首尾奇偶性相同,
  ∴奇偶不同色到扣环时首尾顺色,必须且仅需第三色介入。
  ∴奇数环着色三色足够。
  ∵所有邻居着色三色足够,再加本区一色,
  ∴本区集团着色四色足够。
  ∵本区是在地图上任选的,
  ∴地图着色四色足够。
  9.结论:
  四色定理成立。
  参考文献
  [1]  网络-四色定理-百度百科。
  作者简介:张奎福,(1962.12-),男,汉族,吉林省松原市长岭县巨宝山镇,1962年12月,数论,中专,吉林银行学校,从事数论研究。
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