哥尼斯堡七橋問題傳開了。1735年,瑞士的大數學家尤拉在俄國彼得堡聽到了這個問題,並引起極大的興趣。尤拉沒有去過哥尼斯堡,他也沒有去親自測試可能的路線。他知道,如果沿著所有可能的路線都走一次的話,一共要走5040次,就算是一天走一次,也需要13年多的時間。實際上,尤拉只用了半天時間就解決了七橋問題。
剖析一下尤拉的解法是饒有趣味的。
首先,尤拉把七橋問題抽象成一個合適的“數學模型”。他想:兩岸的陸地與河中的小島,都是橋樑的連線點,它們的大小、形狀均與問題本身無關。因此,不妨把它們看做是4個點。7座橋是7條必須經過的路線,它們的長短、曲直,也與問題本身無關。因此,不妨任意畫7條線來表示它們(如圖2)。
就這樣,尤拉將七橋問題抽象成了一個“一筆畫”問題。怎樣不重複地透過7座橋,變成了怎樣不重複地畫出一個幾何圖形的問題。
原先,人們是要求找出一條不重複的路線。尤拉想,成千上萬的人都失敗了,這樣的路線也許是根本不存在的。如果根本不存在,硬要去尋找它豈不是白費力氣於是,尤拉接下來著手判斷:這種不重複的路線究竟存在不存在?由於這麼改變了一下提問的角度,尤拉抓住了問題的實質。
最後,尤拉認真考察了一筆畫圖形的結構特徵。
尤拉發現,凡是能用一筆畫成的圖形,都有這樣一個特點:每當你用筆畫一條線進入中間的一個點時,你還必須畫一條線離開這個點。否則,整個圖形就不可能用一筆畫出。也就是說,單獨考察圖中的任何一個點(除起點和終點外),它都應該與偶數條線相連;如果起點與終點重合,那麼,連這個點也應該與偶數條線相連。
在七橋問題的幾何圖中,B、C、D三點分別與3條線相連,A點與5條線相連。連線都是奇數條。因此,尤拉斷定:一筆畫出這個圖形是不可能的。也就是說,不重複地透過7座橋的路線是根本不存在的
尤拉透過對七橋問題的研究,不僅圓滿地回答了哥尼斯堡居民提出的問題,而且得到並證明了如下有關一筆畫的三條結論:
(1)凡是由偶點組成的連通圖,一定可以一筆畫成。畫時可以把任一偶點為起點,最後一定能以這個點為終點畫完此圖。
(2)凡是隻有兩個奇點的連通圖(其餘都為偶點),一定可以一筆畫成。畫時必須把一個奇點為起點,另一個奇點終點
(3)其他情況的圖都不能一筆畫出。
尤拉把它們歸納為:如果一個網路是連通的並且奇點的個數等於0或2,那麼它可以一筆畫出;否則,它不可以一筆畫出。
哥尼斯堡七橋問題傳開了。1735年,瑞士的大數學家尤拉在俄國彼得堡聽到了這個問題,並引起極大的興趣。尤拉沒有去過哥尼斯堡,他也沒有去親自測試可能的路線。他知道,如果沿著所有可能的路線都走一次的話,一共要走5040次,就算是一天走一次,也需要13年多的時間。實際上,尤拉只用了半天時間就解決了七橋問題。
剖析一下尤拉的解法是饒有趣味的。
首先,尤拉把七橋問題抽象成一個合適的“數學模型”。他想:兩岸的陸地與河中的小島,都是橋樑的連線點,它們的大小、形狀均與問題本身無關。因此,不妨把它們看做是4個點。7座橋是7條必須經過的路線,它們的長短、曲直,也與問題本身無關。因此,不妨任意畫7條線來表示它們(如圖2)。
就這樣,尤拉將七橋問題抽象成了一個“一筆畫”問題。怎樣不重複地透過7座橋,變成了怎樣不重複地畫出一個幾何圖形的問題。
原先,人們是要求找出一條不重複的路線。尤拉想,成千上萬的人都失敗了,這樣的路線也許是根本不存在的。如果根本不存在,硬要去尋找它豈不是白費力氣於是,尤拉接下來著手判斷:這種不重複的路線究竟存在不存在?由於這麼改變了一下提問的角度,尤拉抓住了問題的實質。
最後,尤拉認真考察了一筆畫圖形的結構特徵。
尤拉發現,凡是能用一筆畫成的圖形,都有這樣一個特點:每當你用筆畫一條線進入中間的一個點時,你還必須畫一條線離開這個點。否則,整個圖形就不可能用一筆畫出。也就是說,單獨考察圖中的任何一個點(除起點和終點外),它都應該與偶數條線相連;如果起點與終點重合,那麼,連這個點也應該與偶數條線相連。
在七橋問題的幾何圖中,B、C、D三點分別與3條線相連,A點與5條線相連。連線都是奇數條。因此,尤拉斷定:一筆畫出這個圖形是不可能的。也就是說,不重複地透過7座橋的路線是根本不存在的
尤拉透過對七橋問題的研究,不僅圓滿地回答了哥尼斯堡居民提出的問題,而且得到並證明了如下有關一筆畫的三條結論:
(1)凡是由偶點組成的連通圖,一定可以一筆畫成。畫時可以把任一偶點為起點,最後一定能以這個點為終點畫完此圖。
(2)凡是隻有兩個奇點的連通圖(其餘都為偶點),一定可以一筆畫成。畫時必須把一個奇點為起點,另一個奇點終點
(3)其他情況的圖都不能一筆畫出。
尤拉把它們歸納為:如果一個網路是連通的並且奇點的個數等於0或2,那麼它可以一筆畫出;否則,它不可以一筆畫出。