如何在理論上解釋「四色定理」?

時間 2021-05-05 19:37:04

1樓:龔sir

我給出了乙個簡潔證明。可以讓數學巨佬看懂以後,知道巨佬們的證明就是盲人摸象。證明過程非常簡捷,我認為是21世紀最偉大的智力成就。

2樓:

在一張地圖上,不考慮飛地,最少用四種顏色就能使每個相鄰區域的顏色互不相同。兩個區域只有有限個點相鄰不算相鄰,可以使用相同的顏色;而兩個區域有線段相鄰就算相鄰,不能用相同的顏色。

地圖上的每個區域都是互斥的;每乙個區域的邊界都由至少1條閉合線構成,這些閉合線分別稱為邊界1,邊界2……;每一條邊界與另一條沒有交集或交於1個點。

現在在地圖上任選一塊區域,稱為「選定區域」

如下圖1~3,包圍選定區域的區域的集合,稱為集合B,B可包含若干子集,分別與「選定區域」相交於,每個子集可包含若干區域;下面是屬於集合B的區域的篩選條件:

1.選出所有與選定區域(稱為區域a)相鄰的區域,稱為集合『步1』;

2.從第一步篩選出來的區域中,將Bi中的符合一定條件的區域稱作ci.j(j=1,2,…,n),組成的集合稱之為集合C,排除集合C。

集合C的篩選條件是,去掉任何乙個ci後:1. a ci仍然只與集合B中的區域相鄰,不與不屬於B的區域相鄰;2.

ci.j所在的Bi子集所需要的顏色數不變。

找一張地圖或想象一下可以發現,對於任意一塊區域,它的所有相鄰情況可根據需要顏色數量歸納為1色、2色、3色、4色4種情況。

圖1圖2

圖3第一種:整個面空間只有乙個區域;

第二種:需要雙色

例子:1.每個子集Bi都只有乙個區域;2.

子集Bi是串聯結構:當子集Bi的區域數大於等於3時,每個區域與另外至少2個區域分別有1個或以上的有限個交點;當子集Bi的區域數是2時,每個區域與另乙個區域有至少2個或以上的有限個交點。

第三種:需要三色

例子:1.子集Bi是環狀結構:每個區域都與另外兩個區域相鄰。當區域數是大於等於2的偶數時,需要2色。

2.子集Bi是串聯鏈結構:至少有2個區域與另外至少1個區域是相鄰關係,而且至少有2個區域關係是有1個或以上的有限多個交點。

第四種:需要三色

1.子集Bi是環狀結構:每個區域都與另外兩個區域相鄰。當區域數是大於等於3的奇數時,需要3色。

第二、三、四種情況有很多出現集合C的變形,比如

這幅圖相對於上乙個圖多了區域5,區域5屬於集合C。區域5只能與集合B中的區域、區域a、集合C的其他區域相鄰。而且這張圖可以變形成上文的4種基本型的組合。

每乙個出現C集合的圖都可以看作沒有C集合的4種基本型的組合。

球面也滿足四色定理,準確來說,任何虧格為0的閉合立體表面都滿足四色定理。這個問題也可以更加形象地理解。

首先我們已知平面滿足四色定理,假如有乙個平面,我對著平面懟一拳,它變成了碗形;我再懟,它會變成試管形;然後將這個「試管」的管口縮小,它會變成像氣球一樣的形狀;最後把「氣球」口縮成乙個點,它就變成了球面。所以任何虧格為0的閉合立體表面都滿足四色定理。

再一次更新

「對於每個區域都是如此,那麼我可以猜測整個地圖只需要四種顏色就夠了」發現乙個漏洞:

對於每個區域都只需要2、3色的地圖可能需要3、4色。存在2個區域兩兩相連的圖可能需要3色,存在3個區域兩兩相連的圖可能需要4色,那麼存在4個區域兩兩相連的圖是否可能需要5色呢?這也是平面、球面無法形成5個區域兩兩相鄰的結構是平面、球面最多需要4色的必要不充分條件的原因。

但是上文提到的「環狀」結構需要1~3色,「串聯元素」結構需要1色,「串聯鏈」結構需要2色。環狀結構需要3種顏色的原因是首尾相連,如果兩個顏色交替填充,如果有3個及以上的區域,第乙個上色的區域與最後乙個上色的區域有衝突,所以只能形成兩個兩兩相連的區域也可能需要3色。下圖是兩個兩兩相連的環狀結構需要3色的情況。

3樓:七月的未濟湖

我總感覺四色定理是哥尼斯堡七橋問題的公升級版,我們似乎總是過多的在意乙個個相互接觸的平面封閉圖形了,而真正有用的要考慮的是圖形與圖形之間的接觸線,我覺得可以用窮舉法,即接觸線經過簡化後(這一步是關鍵),接觸線之間的連線方式應該是有限種的,儘管可能是幾百種,上千種,我不知道,然後把這有限種的接觸方式全部一一證明,也就證明了四色定理。

分割線以上是2023年3月7日的一次突發奇想,之後便被忘記,過了很久之後有人贊了我的回答並關注了我,我才又想起這個回答,這次又有新的想法。

在有限大的地圖中,一定能找到有限個交點,這個點可能與3個區域相交,也可能與4個或以上的區域相交,當點為3個區域的交點時,周圍3個區域必須是不同顏色,當點為4個區域的交點時,情況又不一樣了,這點周圍可以只有兩種顏色然後相間分布。那麼問題來了,5個區域又會是怎樣?5個區域又不能相間隔分布了,周圍必須得是至少3種的顏色。

由此可知,當點周圍有奇數個區域時,這個點周圍至少要有3種顏色,當點周圍有偶數個區域時,周圍至少有2種顏色且必須間隔分布。

我們可以形象地比喻,把奇數點叫賓士點,偶數點叫寶馬點,因為它們像賓士寶馬的車標的中心。

在多個奇數點和偶數點的互相影響下(這一步是關鍵)就使得總共需要的顏色不超過4個。

4樓:li2000

在證明三色不成立的前提下,四色定理等價於五個彼此相鄰的區域不存在。

下面做乙個等價的假設,用反證法證明。

這個假設成立的基礎是,圓代表區域的最基本因素:乙個閉合的二維空間(視為無窮小但不為點的區域);把圓向某一方向延伸,成為矩形,矩形縮至無窮小,便成為了近似線,內部卻有空間的東西。所以,真正代表相鄰關係的是一條線段上的任意乙個點。

(方便理解,把線看作相鄰關係即可)

然後假設存在五個彼此相鄰的區域,使中間區域與周圍彼此相鄰(黑直線表示,只有這一種情況)

然後使右邊區域與其他區域彼此相鄰(紅線表示,相對而言只有一種情況)使下邊區域與其他區域相鄰,相對位置而言也只有一種情況可以看到,藍線與紅線交差了,代表兩個區域要有重疊的空間才能共線,因此不存在五個區域兩兩共邊的情況,四色命題得以解決。

表達能力不是太強,有模糊的地方,請諸位見諒。

5樓:

之前賣了波萌,再來秀波智商下限。

下面是智商下限。。。

答案:不存在。

乙個系統不能從內部證明自己。只能夠自洽,不能夠證明。

如果要證明四色定理,作為乙個特例,必須先證明滿足高讚回答中所謂perfect graph的條件,而且不談這樣的條件存在與否,假使有這樣條件存在,那麼,作為嚴謹的證明又必得先證明這樣的條件是正確的。而這又必得引出另乙個問題。

最終可能會引出乙個像平行線定理一樣的東西來,然後發現,哦,原來四色定理只是乙個特例而已,而且還無法證明。還只在特定情況下成立。放到其他條件下就變成了黎曼幾何和經典幾何一樣。。。

soover

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