四色问题又称四色猜想,是世界近代三大数学难题之一
世界数学难题——四色猜想
世界数学难题——四色猜想平面内至多可以有四个点构成每两个点两两连通且连线不相交。
可用符号表示:K(n),n=、<4。
四色原理简介这是一个拓扑学问题,即找出给球面(或平面)地图着色时所需用的不同颜色的最小数目。
着色时要使得没有两个相邻(即有公共边界线段)的区域有相同的颜色。
1852年英国的格思里推测:四种颜色是充分必要的。
1878年英国数学家凯利在一次数学家会议上呼吁大家注意解决这个问题。
直到1976年,美国数学家阿佩哈尔、哈肯和考西利用高速电子计算机运算了1200个小时,才证明了格思里的推测。
20世纪80-90年代曾邦哲的综合系统论(结构论)观将“四色猜想”命题转换等价为“互邻面最大的多面体是四面体”。
四色问题的解决在数学研究方法上的突破,开辟了机器证明的美好前景。
四色定理的诞生过程世界近代三大数学难题之一(另外两个是费马定理和哥德巴赫猜想)。
四色猜想的提出来自英国。
1852年,毕业于伦敦大学的弗南西斯·格思里(Francis Guthrie)来到一家科研单位搞地图着色工作时,发现了一种有趣的现象:“看来,每幅地图都可以用四种颜色着色,使得有共同边界的国家着上不同的颜色。
”,用数学语言表示,即“将平面任意地细分为不相重迭的区域,每一个区域总可以用1,2,3,4这四个数字之一来标记,而不会使相邻的两个区域得到相同的数字。
”这个结论能不能从数学上加以严格证明呢?他和在大学读书的弟弟格里斯决心试一试。
兄弟二人为证明这一问题而使用的稿纸已经堆了一大叠,可是研究工作没有进展。
1852年10月23日,他的弟弟就这个问题的证明请教他的老师、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、著名数学家哈密尔顿爵士请教。
哈密尔顿接到摩尔根的信后,对四色问题进行论证。
但直到1 865年哈密尔顿逝世为止,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。
四色定理
解决历程
1.猜想的诞生 2.问题的提出
3.问题的证明
猜想的诞生
地图四色定理(Four color theorem)最先是由一位叫古德里Francis Guthrie的英国大学生提出来 的。德· 摩尔根Augustus De Morgan180618711852年10月23日致哈密顿的一封信提供了有关四 色定理来源的最原始的记载。四色问题又称四色猜想是世界近代三大数学难题之一。 四色猜想的提出来自英国。1852年毕业于伦敦大学的弗南西斯· 格思里来到一家科研单位搞地图 着色工作时,发现了一种有趣的现象“看来每幅地图都可以用四种颜色着色使得有共同边界的 国家都被着上不同的颜色。”这个现象能不能从数学上加以严格证明呢?他和在大学读书的弟 弟格里斯决心试一试。兄弟二人为证明这一问题而使用的稿纸已经堆了一大叠,可是研究工作 没有进展。 1852年10月23日他的弟弟就这个问题的证明请教了他的老师、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。汉 密尔顿接到摩尔根的信后对四色问题进行论证。但直到1865年汉密尔顿逝世为止问题也没有能 够解决。
如果有一张需要五种颜色的地图,那就是指它的正规地图是五色的,要证明四色猜想成立只要
证明不存在一张正规五色地图就足够了。
问题的证明
肯普是用归谬法来证明的。大意是如果有一张正规的五色地图就会存在一张国数最少的“极小正规五色地图”。 如果极小正规五色地图中有一个国家的邻国数少于六个。就会存在一张国数较少的正规地图仍为五色的。这样一 来就不会有极小五色地图的国数也就不存在正规五色地图了。这样肯普就认为他已经证明了“四色问题”,但是
缓慢的进展
当时由大数学家黎曼,康托尔,庞加莱等创立的拓扑学之发展可谓一日千里后来竟然盖过大数学家 高斯宠爱的数论成为雍荣华贵的数学女王。四色问题就是属于拓扑学范畴的一个大问题。拓扑学不 仅引进了全新的研究方式,对数学家来说他也是一场革命。回顾拓扑学的的历史就可以说明为什么 四色问题对于20世纪数学来说是重要的。通俗的说连续变换就是你可以捏,拉一个东西但不能将其 扯破也不能把原先不在一起的两个点黏在一起。比如26个大写英文字母一些拓扑学家就认为可将其 分为3类。
小学数学数学故事数学猜想系列四色猜想
小学数学数学故事数学猜想系列四色猜想世界近代三大数学难题之一。
四色猜想的提出来自英国。
1852年,毕业于伦敦大学的弗南西斯.格思里来到一家科研单位搞地图着色工作时,发现了一种有趣的现象:“看来,每幅地图都可以用四种颜色着色,使得有共同边界的国家着上不同的颜色。
”这个结论能不能从数学上加以严格证明呢?他和在大学读书的弟弟格里斯决心试一试。
兄弟二人为证明这一问题而使用的稿纸已经堆了一大叠,可是研究工作没有进展。
1852年10月23日,他的弟弟就这个问题的证明请教他的老师、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、著名数学家哈密尔顿爵士请教。
哈密尔顿接到摩尔根的信后,对四色问题进行论证。
但直到1865年哈密尔顿逝世为止,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。
1878~1880年两年间,著名的律师兼数学家肯普和泰勒两人分别提交了证明四色猜想的论文,宣布证明了四色定理,大家都认为四色猜想从此也就解决了。
11年后,即1890年,数学家赫伍德以自己的精确计算指出肯普的证明是错误的。
不久,泰勒的证明也被人们否定了。
后来,越来越多的数学家虽然对此绞尽脑汁,但一无所获。
于是,人们开始认识到,这个貌似容易的题目,其实是一个可与费马猜想相媲美的难题:先辈数学大师们的努力,为后世的数学家揭示四色猜想之谜铺平了道路。
进入20世纪以来,科学家们对四色猜想的证明基本上是按照肯普的想法在进行。
1913年,伯克霍夫在肯普的基础上引进了一些新技巧,美国数学家富兰克林于1939年证明了22国以下的地图都可以用四色着色。
1950年,有人从22国推进到35国。
1960年,有人又证明了39国以下的地图可以只用四种颜色着色;随后又推进到了50国。
看来这种推进仍然十分缓慢。
选修课之四色问题课件
在学校或企业的时间表安排中,为避免同一时间段内的冲突,可以 将时间段视为节点,利用四色定理进行着色,从而合理安排各项活 动。
交通规划
在交通规划中,可以利用四色定理对交通网络进行划分和着色,以便 更有效地组织交通流,降低交通拥堵的风险。
05
课程总结与回顾
课程知识点总结
四色问题的提出与背景
四色学史上的一个著名 难题,其解决过程推动了数学理 论和方法的发展,尤其是图论和
组合数学领域。
实际应用
四色问题的解决方案在地图制作 、电路板设计、时间表安排等方 面有着广泛的应用,提高了这些
领域的效率和优化程度。
计算机科学价值
在证明四色问题的过程中,数学 家们开创了使用计算机辅助证明 数学定理的先河,对计算机科学
• 证明难点:四色问题的证明是数学史上的一个著名难题,难点在于如何找到一 种普遍适用的着色方法,以及如何严格证明该方法的正确性。
• 早期尝试:早期的研究者通过大量的实验和观察,提出了一些猜想和局部证明 ,但均未能给出完整的解决方案。
• 现代证明:借助计算机技术和高级数学理论,Appel和Haken在1976年提出 了一种基于计算机辅助的证明方法,被公认为是四色问题的首个完整证明。但 此方法涉及大量计算和复杂的数学理论,难以被一般人所理解。
相关定理与推论
介绍与四色问题相关的定理和推论, 如五色定理、六色定理等,拓展学生 的视野。
课程学习过程中的回顾与反思
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学习方法的探索
回顾在学习过程中尝试的不同方法,如阅读教材 、听讲座、与同学讨论等,分析各种方法的优缺 点。
遇到的挑战与解决策略
反思在学习过程中遇到的挑战,如概念理解困难 、证明过程复杂等,并分享解决这些挑战的策略 。
研究四色问题的意义及理论构想
研究四色问题的意义及理论构想张祥波【摘要】The Four- color Map Problem is one of'the world most difficult mathematical problems. It was positively proved in 1976 by two American mathematicians, Appel and Haken, with the aid of computers. However, a pure mathematical proof of the Four - color Map Theorem is as yet desired. The way to seek such a proof is really very hard. This paper will tell the stories of the problem, reveal its profound significance, and moreover, give amore gen eral conjecture concerning the chromatic number and thickness of a graph which takes the Four - color Map Problem as a special case.%四色问题又称四色猜想,是世界近代三大数学难题之一.1976年两位美国数学家Appel与Haken借助计算机给出了一个证明.时至今日,四色问题的正确性早已得到数学界所承认.但是围绕它的非计算机证明,在近几十年来涌现出了各种不同的研究成果.一方面丰富了图论的内容,另一方面又促进了图的染色理论的发展.本文从研究四色问题的意义出发;揭示了四色问题所隐藏的深刻规律,在此基础上提出了一个比四色问题更具有广泛意义的理论构想.主要目地为四色问题的非计算机证明提供一个研究方向.【期刊名称】《数学理论与应用》【年(卷),期】2012(032)003【总页数】5页(P24-28)【关键词】四色问题;非计算机证明;图的色数;图的厚度【作者】张祥波【作者单位】临盘中学,临邑,251500【正文语种】中文【中图分类】O157.5四色问题是图论中、也许是整个数学中最难的问题之一,这与其简洁而平凡的论述形成了鲜明的对比,以致于讲给大街上任何一个人都能讲清楚.但又如此之难,令几代数学家为此而困惑,直到1976年两位美国数学家Appel与Haken借助计算机给出了一个机器证明[1-3].最初对于这个证明贬褒不一,但经后人的补充和修改,最终历经三代证明[4],由四色问题变成了四色定理.时至今日,四色问题的正确性早已得到数学界所承认.然而这样的证明还是不能令人信服,以致于有人形容:“一个好的数学证明应当像一首诗,而这纯粹是一本电话薄”.这显然与以严格的逻辑推理而著称的数学证明极不相符,以致于时至今日数学家们仍然没有放弃寻找四色问题的非计算机证明,也就是数学理论方面的一个证明.究其原因,这大概就是四色问题的魅力所在,像这样的问题,在数学中并不多见;然而能由这样一个问题引领全世界的数学家和数学爱好者为此苦苦思索150多年,虽然仍不得其解,但却由此发展出了浩瀚的图的染色理论,这已足矣!所有这一切均拜四色问题所赐!1852年,是四色问题诞生的历史元年.毕业于伦敦大学的弗南西斯·格思里[5]在从事地图着色工作时,发现“每幅地图都可以用四种颜色着色,使得有共同边界的国家都被染上不同的颜色”.那么这个现象能不能从数学上加以严格证明呢?兄弟二人在束手无策的情况下,请教了当时著名的数学家德·摩尔根,德·摩尔根虽然坚信这个问题是正确的,但是他也没有找到解决这个问题的有效途径.就写信请教自已的好友,著名数学家汉密尔顿爵士,然而直到汉密尔顿去世,这个问题也没有能够得到解决.1878年,英国当时最著名的数学家凯利[6,7](Cayley)正式向伦敦数学学会提出了这个问题,正是这位数学家,为后来四色猜想的早期传播做出了巨大的贡献.从此,四色猜想引起了数学家们的高度关注,并成为数学界长期关注的问题.1878年至1880年两年间,著名的律师兼数学家肯普[8,9](Kempe)和泰勒[10](Tait)两人分别提交了证明四色猜想的论文,宣布证明了四色猜想,大家都认为四色猜想从此也就解决了.然而事与愿违,11年后,即1890年,在牛津大学就读的年仅29岁的赫伍德[11](Heawood)以自己的精确计算(构造出一个反例)指出了肯普在证明上的漏洞.不久,泰勒的证明也被人们否定了.显然数学家们当初低估了它的难度.虽然二位数学家在各自的证明中都存在不同的缺陷,但是他们的证明中,也有其合理的成分,这就为后来的数学家发展出计算机证明,铺平了道路.1976年6月,两位美国数学家阿佩尔(Appel)与哈肯(Haken)在美国伊利诺斯大学的三台不同的电子计算机上,用了约1200个小时,作了100亿次判断,用电子计算机辅助的方法终于完成了四色猜想的证明.这是自1878年正式提出四色问题以来,人类首次用计算机解决了数学难题,具有重要的历史意义.然而同时也留下了一个疑问:四色问题能不能从理论上加以证明呢?想当初四色问题的研究,毕竟走的是传统理论研究的方向,但是最终发展到用计算机证明的方向上来.所以数学家并不满足计算机证明取得的研究成果,而是设法寻找一个无需借助计算机的证明.直到今天,围绕四色问题的非计算机证明,仍在继续.自从四色问题诞生以来,已经出现了多种不同的证明.最初的证明是由肯普和泰勒分别独立给出的,但是他们的证明中都存在不同的缺陷,被后来的数学家相继否定了.直到1976年,数学家们才发展出了机器证明.到上世纪90年代至21世纪初,一些数学家对机器证明进行了完善和简化证明,从而第一次确认四色问题是正确的.这也是目前为止唯一被认可的正确证明.然而图论学者并不满足机器证明,试图尝试从不同的角度寻找它的一个理论证明.上世纪90年代,王绍文在文献[18-21]中,研究了极大平面图的结构、色数和构造方法,在文献[14]中发展出了平行归纳法,证明了四色定理是正确的.董德周在文献[12]中研究了最大平面图的着色,试图通过证明所有最大平面图4-染色,从而证明四色定理是正确的.这种研究方法在理论上看来是行得通的,但是要证明所有的最大平面图4-染色,并非易事.徐志才用一组论文[22-26]研究了一些特殊图的若干性质,在文献[13]中用转移法色交换和数学归纳法证明了四色定理是正确的.也有一些学者尝试把四色定理转化成一些等价命题,通过研究等价命题来证明四色定理.其中王振民在文献[27]、谢力同与刘桂真在文献[16]中都给出了四色定理的一些等价命题.直到今天,关于四色定理的等价命题有十几种,不过还没有一个等价命题得到证明.在四色问题的研究过程中,多数图论学者采用了数学归纳法或者转化成等价命题的办法.不过国外学者Whitney和Tutte曾提出了一个蕴含着四色定理的猜想,若该猜想能得到证明的话,四色定理自然得到证明,可惜的是这个猜想被后来的学者认定是不成立的[28].其实无论采用数学归纳法还是转化成等价命题,从目前看来都不是很有效的办法.这正如数学家所说:一些证明看起来比较完美,但实际上总存在一些微妙的错误.只不过我们现在还没有发现罢了.目前为止,关于四色问题的理论证明,一些主流的图论工作者普遍认为很难找到.因为这要验证及其多的构型,这就比较有利地支持了计算机证明.四色问题的难点在于,外表的如此简单和内涵的极其神秘,形成了极大的反差.这在数学难题中是十分罕见的.这也就造成了到今天为止,四色问题的非计算机证明还没有一个行之有效的研究思路.虽然围绕四色问题的研究出现了众多的研究思路和方法,比较有代表性的诸如文献[12-17];但是这些结果和方法还是建立在传统研究之上的,并没有揭示出四色问题的真正内涵.四色问题的诞生已经有150多年了,但是我们却没有真正读懂四色问题的内涵,这绝不是前面提到的如此众多庞大的构型.实际上,只要研究构型,就必然发展到计算机证明的思路上去.换句话说,从研究构型的角度去寻找四色问题的非计算机证明,实际上是一件已经不可能的事情了.众所周知,四色问题讲的是:平面图的点染色数不超过4,那么换一种等价的说法就是:厚度为1的图,点染色数不超过4.既然这样,那么厚度为2的图,点染色数不超过多少呢?进一步,更一般的厚度是θ(G)的图,点染色数又不超过多少呢?既然厚度是1的图,点染色数的上确界是4,那么我们有理由相信,厚度是θ(G)的图,点染色数也应该有一个比较好的上确界.因此,这就需要我们把这个上确界构造出来.于是,本文认为一般的厚度是θ(G)、点染色数是χ(G)的图,应该有χ(G)≤4θ(G)+θ2(G)-1.特别地取θ(G)=1,就得到χ(G)≤4;这就是我们常说的著名的四色问题.由于该猜想反映的是图的色数与厚度之间的关系,故且称谓“图的色数与厚度的猜想”.显然,四色问题是图的色数与厚度的猜想的特殊情况.另外,该猜想还包含了图的色数和图的厚度问题,这两个问题都是图论中尚未完全解决的问题.除了一些特殊图的厚度能够确定外,一般图的厚度是难以确定的,至今还没有一个公式.图的色数,虽然研究的形式和内容较多,但是对于一般图而言,至今还没有一个具体的公式,也没有一个很好的上确界.所以要研究该猜想,就必然要研究图的色数与图的厚度.众所周知,图的色数与厚度之间没有任何联系,但是图的色数与厚度的猜想,似乎将这两个问题联系在了一起.虽然该猜想还未得到证明,但是如果站在这个猜想的角度来看四色问题的话,我们发现这样一个事实:“四色问题是这个猜想在平面图上的特殊情形”.具体地说,四色问题反映的是平面图上图的色数与厚度之间关系的一个问题.正因为是在平面图上,所以这层关系并没有显现出来.四色问题研究的是平面图上的特殊情况,而图的色数与厚度的猜想研究的是所有图的一般规律.当这个一般规律落在平面图上时,由于平面图的厚度θ(G)=1的缘故,这个一般规律并没有体现出来,展现在人们面前的只是一个普通的四色问题;也就是说四色问题掩盖了这个猜想的一般规律,但是它却存在.图的色数与厚度的猜想将这一规律还原出来,让我们看到了一个不再单纯的四色问题,这是站在传统研究的角度所不能发现的.所以说若没有四色问题,便不会有图的色数与厚度的猜想;也可以这么说,正是由于有了四色问题的出现,才导致发现了图的色数与厚度的猜想.正是从这个意义上讲,作者认为四色问题的内涵无非是想告诉人们这样一个事实:“图的色数与厚度之间存在某种关系”,但是这层关系放在平面图上时太难以发现了,这也导致了很多人片面地追求四色问题的非计算机证明,无非就是想打破计算机证明的神话;而不能发现隐藏在四色问题背后的深刻规律,这个深刻规律就是本文提出的图的色数与厚度的猜想.所以作者认为,150多年以来我们苦苦追寻的四色问题的非计算机证明,绝不应该只是找到一个单纯的、所谓的一个理论证明,而更应该是四色问题本身所体现出来的具有普遍规律的问题.这应该成为所有图论工作者研究四色问题非计算机证明的价值和意义所在.因此,我们应对计算机证明四色问题有一个正确和全新的认识:“计算机可以证明四色问题,但却永远发现不了问题;计算机证明得到的仅是一个四色问题的答案,却永远发现不了图的色数与厚度的猜想;计算机解决的只是一个四色问题,而图的色数与厚度的猜想所要解决的是包括四色问题在内的具有普遍规律的问题”.纵观近些年来有关四色问题的相关文献报道,但是至今还没有一篇文献指出研究四色问题的非计算机证明,究竟有何价值和意义?几十年以来,人们不馈余力地去寻找它的一个理论证明,难道仅是为了打破计算机证明的神话吗?至少本文认为不是这样的,其实很多研究者之所以热衷于研究四色问题,其目地就在于此;而这恰好成为研究四色问题的误区.本文完全放弃了传统研究四色问题的方法,从研究四色问题的意义出发,揭示了四色问题所隐藏的一个深刻规律;提出了一个蕴含着四色问题的理论构想.指出这应该是我们研究四色问题非计算机证明的价值和意义所在.或许在研究该猜想的过程中,我们能够找到四色问题的一个理论证明.如若本文所猜,这将对四色问题的后续研究产生重要的影响.因此作为本文的结束语:无论给出四色问题什么样的非计算机证明(包括计算机证明),它的价值和意义都远远不及揭示四色问题所隐藏的深刻规律重要.【相关文献】[1]K.Appel and W.Haken,The Solution of the Four- Color Map Problem[J],Sci.Amer.237(1977):108 -121.[2]K.Appel and W.Haken,Every Planar Map is Four- Colorable[J],Ⅱ:Reducibility,Illinoisa J.Math,21(1977):491-561.[3]K.Appel and W.Haken and J.Koch,Every Planar Map is Four Colorable[J],I:Discharging,Illinois J.Math,21(1977):429-490.[4]王献芬胡作玄四色定理的三代证明[J],自然辩证法通讯,2010,32(4):42-48.[5]G.Frederick,Note on the colouring of maps[J],Proc.R.Soc Edinb,10(1880):727 -728.[6]A.Cayley,The solution of a problem which recently achieved some renown[J],Nature,18(1878):294.[7]A.Cayley,on the colour of maps[J],Proc.R.Geogr.Soc,1(1879):259 -261.[8]A.B.Kempe,on the geographical problem of the four colors[J],Am.J.Math,2(1879):193 -200.[9]A.B.Kempe,how to colour a map with four colours[J],Nature,21(1879):399 -400.[10]P.G.Tait,Remarks on the colouring of maps[J],Proc.R.Soc.Edinburgh,10(1880):501 -503.[11]P.J.Heawood,Map colour theorem[J],Q.J.Math.Oxf,24(1890):332 -338.[12]董德周.关于最大平面图着色的探讨——希伍德的反例是4—色[J]科技通报,2002,18(4):304-309.[13]徐志才.四色问题的探讨[J],北京邮电大学学报,2003,26(2):105-112.[14]王绍文“四色问题”研究[J],光子学报,1999,28(7):658.[15]谢力同,刘桂真.与四色定理有关的一些结果[J],山东大学学报(理学版),1998,33(1):1-6.[16]谢力同,刘桂真.与四色定理等价的几个命题[J],应用数学,2000,13(3):59-62.[17]刘庆民,欧阳富,蔡汉忠.四色猜想的解析论证及其在地图绘制中的应用[J],浙江大学学报(理学版),2011,38(4):367 -375.[18]王绍文.极大平面图的色数研究[J],北京机械工业学院学报,1998,13(4):22-26.[19]王绍文.构造极大平面图的三种方法[J],北京机械工业学院学报,1999,14(1):16-22.[20]王绍文.极大平面图结构研究[J],光子学报,1998,27(2):167 -172.[21]王绍文.构造极大平面图的圈加点法[J],北京机械工业学院学报,2000,15(1):26-29.[22]徐志才.五色定理的简捷证明[J],北京邮电学院学报,1993,16(2):101-102.[23]徐志才.X图及其性质[J],北京邮电大学学报,1994,17(1):91 -96.[24]徐志才.无结图及其若干性质[J],北京邮电大学学报,1995,18(1):79-83.[25]徐志才.A(Q)类图平面图及其可4-着色的证明[J],北京邮电大学学报,1996,19(1):91-94.[26]徐志才,冯玉清,石秀芹.转移法色交换[J],电路与系统学报,1998,3(4):1 -3.[27]王振民.四色问题的一个等价命题[J],河东学刊,1999,17(3):1 -4.[28]谢力同,刘桂真.关于 Whitney和 Tutte猜想[J],数学学报,1995,38(3):289 -293.。
四色定理
四色定理四色定理(Four color theorem)最先是由一位叫古德里(Francis Guthrie)的英国大学生提出来的。
德·摩尔根(Augustus De Morgan,1806~1871)1852年10月23日致哈密顿的一封信提供了有关四色定理来源的最原始的记载。
四色问题又称四色猜想,是世界近代三大数学难题之一。
基本介绍四色问题又称四色猜想、四色定理是世界近代三大数学难题之一。
地图四色定理(Four color theorem)最先是由一位叫古德里FrancisGuthrie的英国大学生提出来的。
德·摩尔根Augustus De Morgan180618711852年10月23日致哈密顿的一封信提供了有关四色定理来源的最原始的记载。
他在信中简述了自己证明四色定理的设想与感受。
一个多世纪以来数学家们为证明这条定理绞尽脑汁所引进的概念与方法刺激了拓扑学与图论的生长、发展。
1976年美国数学家阿佩尔K.Appel与哈肯W.Haken宣告借助电子计算机获得了四色定理的证明又为用计算机证明数学定理开拓了前景。
地图四色定理(Four color theorem)最先是由一位叫古德里Francis Guthrie的英国大学生提出来的。
四色问题的内容是“任何一张地图只用四种颜色就能使具有共同边界的国家着上不同的颜色。
”用数学语言表示即“将平面任意地细分为不相重叠的区域每一个区域总可以用1234这四个数字之一来标记而不会使相邻的两个区域得到相同的数字。
”这里所指的相邻区域是指有一整段边界是公共的。
如果两个区域只相遇于一点或有限多点就不叫相邻的。
因为用相同的颜色给它们着色不会引起混淆。
四色问题的内容是“任何一张地图只用四种颜色就能使具有共同边界的国家着上不同的颜色。
”也就是说在不引起混淆的情况下一张地图只需四种颜色来标记就行发展历史:来自地图的启示相传四色问题是一名英国绘图员提出来的此人叫格思里。
四色定理
肯普是用归谬法来证明的,大意是如果有一张正规的五色地图,就会存在一张国数最少的“极小正规五色地图”,如果极小正规五色地图中有一个国家的邻国数少于六个,就会存在一张国数较少的正规地图仍为五色的,这样一来就不会有极小五色地图的国数,也就不存在正规五色地图了。这样肯普就认为他已经证明了“四色问题”,但是后来人们发现他错了。 不过肯普的证明阐明了两个重要的概念,对以后问题的解决提供了途径。第一个概念是“构形”。他证明了在每一张正规地图中至少有一国具有两个、三个、四个或五个邻国,不存在每个国家都有六个或更多个邻国的正规地图,也就是说,由两个邻国,三个邻国、四个或五个邻国组成的一组“构形”是不可避免的,每张地图至少含有这四种构形中的一个。 证明Np=[(7+√1+48p)/2].数学家用了78年。 肯普提出的另一个概念是“可约”性。“可约”这个词的使用是来自肯普的论证。他证明了只要五色地图中有一国具有四个邻国,就会有国数减少的五色地图。自从引入“构形”,“可约”概念后,逐步发展了检查构形以决定是否可约的一些标准方法,能够寻求可约构形的不可避免组,是证明“四色问题”的重要依据。但要证明大的构形可约,需要检查大量的细节,这是相当复杂的。 11年后,即1890年,在牛津大学就读的年仅29岁的赫伍德以自己的精确计算指出了肯普在证明上的漏洞。他指出肯普说没有极小五色地图能有一国具有五个邻国的理由有破绽。不久,泰勒的证明也被人们否定了。人们发现他们实际上证明了一个较弱的命题——五色定理。就是说对地图着色,用五种颜色就够了。后来,越来越多的数学家虽然对此绞尽脑汁,但一无所获。于是,人们开始认识到,这个貌似容易的题目,其实是一个可与费马猜想相媲美的难题。 进入20世纪以来,科学家们对四色猜想的证明基本上是按照肯普的想法在进行。1913年,美国著名数学家、哈佛大学的伯克霍夫利用肯普的想法,结合自己新的设想;证明了某些大的构形可约。后来美国数学家富兰克林于1939年证明了22国以下的地图都可以用四色着色。1950年,有人从22国推进到35国。1960年,有人又证明了39国以下的地图可以只用四种颜色着色;随后又推进到了50国。看来这种推进仍然十分缓慢。
拓扑学与图论的关联
拓扑学与图论的关联简介著名的“四色问题”也是与拓扑学发展有关的问题。
四色问题又称四色猜想,是世界近代三大数学难题之一。
四色猜想的提出来自英国。
1852年,毕业于伦敦大学的弗南西斯.格思里来到一家科研单位搞地图着色工作时,发现了一种有趣的现象:“看来,每幅地图都可以用四种颜色着色,使得有共同边界的国家都被着上不同的颜色。
”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。
1878~1880年两年间,著名律师兼数学家肯普和泰勒两人分别提交了证明四色猜想的论文,宣布证明了四色定理。
但后来数学家赫伍德以自己的精确计算指出肯普的证明是错误的。
不久,泰勒的证明也被人们否定了。
于是,人们开始认识到,这个貌似容易的题目,其实是一个可与费马猜想相媲美的难题。
进入20世纪以来,科学家们对四色猜想的证明基本上是按照肯普的想法在进行。
电子计算机问世以后,由于演算速度迅速提高,加之人机对话的出现,大大加快了对四色猜想证明的进程。
1976年,美国数学家阿佩尔与哈肯在美国伊利诺斯大学的两台不同的电子计算机上,用了1200个小时,作了100亿判断,终于完成了四色定理的证明。
不过不少数学家并不满足于计算机取得的成就,他们认为应该有一种简捷明快的书面证明方法。
上面的几个例子所讲的都是一些和几何图形有关的问题,但这些问题又与传统的几何学不同,而是一些新的几何概念。
这些就是“拓扑学”的先声。
概述拓扑学的英文名是Topology,直译是地志学,也就是和研究地形、地貌相类似的有关学科。
我国早期曾经翻译成“形势几何学”、“连续几何学”、“一对一的连续变换群下的几何学”,但是,这几种译名都不大好理解,1956年统一的《数学名词》把它确定为拓扑学,这是按音译过来的。
拓扑学是几何学的一个分支,但是这种几何学又和通常的平面几何、立体几何不同。
数学猜想与发现
数学猜想与发现——四色定理By谢宸伟猜想的提出者——毕业于伦敦大学的格斯里四色定理又称四色猜想、四色问题,是世界三大数学猜想之一。
四色定理是一个著名的数学定理,通俗的说法是:每个平面地图都可以只用四种颜色来染色,而且没有两个邻接的区域颜色相同。
1976年借助电子计算机证明了四色问题,问题也终于成为定理,这是第一个借助计算机证明的定理。
历程1878~1880年两年间,数学家肯普和泰勒两人分别提交了证明四色猜想的论文,宣布证明了四色定理。
大家都认为四色猜想从此也就解决了,但其实肯普并没有证明四色问题。
1890年,在牛津大学就读的年仅29岁的赫伍德以自己的精确计算指出了肯普在证明上的漏洞。
他指出肯普说没有极小五色地图能有一国具有五个邻国的理由有破绽。
不久泰勒的证明也被人们否定了。
人们发现他们实际上证明了一个较弱的命题——五色定理。
就是说对地图着色,用五种颜色就够了。
追根究底是数学家的本性。
一方面,五种颜色已足够,另一方面,确实有例子表明三种颜色不够。
那么四种颜色到底够不够呢?这就像一个淘金者,明明知道某处有许多金矿,结果却只挖出一块银子,你说他愿意就这样回去吗?结果当然是不可能,于是数学家们继续研究着。
不过虽然肯普失败了但他的证明阐明了两个重要的概念,对以后问题的解决提供了途径。
第一个概念是“构形”:他证明了在每一张正规地图中至少有一国具有两个、三个、四个或五个邻国,不存在每个国家都有六个或更多个邻国的正规地图,也就是说,由两个邻国,三个邻国、四个或五个邻国组成的一组“构形”是不可避免的,每张地图至少含有这四种构形中的一个。
另一个概念是“可约”性:“可约”这个词的使用是来自肯普的论证。
他证明了只要五色地图中有一国具有四个邻国,就会有国数减少的五色地图。
自从引入“构形”,“可约”概念后,逐步发展了检查构形以决定是否可约的一些标准方法,能够寻求可约构形的不可避免组,是证明“四色问题”的重要依据。
但要证明大的构形可约,需要检查大量的细节,这是相当复杂的。
新高考一轮复习人教版 计数原理、排列与组合 作业
专题十计数原理10.1计数原理、排列与组合基础篇固本夯基考点计数原理、排列、组合1.(2022届山东平邑一中收心考)某旅馆有三人间、两人间、单人间各一间可入住,现有三个成人带两个小孩前来住宿,若小孩不单独入住一个房间(必须有成人陪同),且三间房都要安排给他们入住,则不同的安排方法有()A.18种B.12种C.27种D.15种答案A2.(2022届广东开学联考)四色定理又称四色猜想,是世界近代三大数学难题之一.其内容是“任何一张地图只用四种颜色就能使具有共同边界的国家着上不同的颜色.”四色问题的证明进程缓慢,直到1976年,美国数学家运用电子计算机证明了四色定理.现某校数学兴趣小组给一个底面边长互不相等的直四棱柱容器的侧面和下底面染色,提出如下的“四色问题”:要求相邻两个面不得使用同一种颜色,现有4种颜色可供选择,则不同的染色方案有()A.18种B.36种C.48种D.72种答案D3.(2020新高考Ⅰ,3,5分)6名同学到甲、乙、丙三个场馆做志愿者,每名同学只去1个场馆,甲场馆安排1名,乙场馆安排2名,丙场馆安排3名,则不同的安排方法共有()A.120种B.90种C.60种D.30种答案C4.(2021上海杨浦一模,15)从正方体的8个顶点中选取4个作为顶点,可得到四面体的个数为()A.C84-12B.C84-8C.C84-6D.C84-4答案A5.(2020山东潍坊临朐模拟,8)现有4种不同颜色,要对如图所示的四个部分进行着色,要求有公共边界的两块不能用同一种颜色,则不同的着色方法共有()A.24种B.30种C.36种D.48种答案D6.(2021沈阳市郊联体一模,8)中国古典乐器一般按“八音”分类,这是我国最早按乐器的制造材料来对乐器进行分类的方法,最早见于《周礼·春官·大师》.八音分为“金、石、土、革、丝、木、匏、竹”,其中“金、石、木、革”为打击乐器,“土、匏、竹”为吹奏乐器,“丝”为弹拨乐器.某同学安排了包括“土、匏、竹”在内的六种乐器的学习,每种乐器安排一节,连排六节,并要求“土”与“匏”相邻排课,但均不与“竹”相邻排课,且“丝”不能排在第一节,则不同的排课方式的种数为()A.960B.1024C.1296D.2021答案C7.(多选)(2021山东师大附中模拟)“二进制”与我国古代的《易经》有着一定的联系,该书中有两类最基本的符号:“——”和“——”,其中“——”在二进制中记作“1”,“——”在二进制中记作“0”,其变化原理与“逢二进一”的法则相通.若从两类符号中任取2个符号排列,则可以组成的不同的十进制数为()A.0B.1C.2D.3答案ABCD8.(2018浙江,16,4分)从1,3,5,7,9中任取2个数字,从0,2,4,6中任取2个数字,一共可以组成个没有重复数字的四位数.(用数字作答)答案12609.(2021江苏盐城二模,13)某班4名同学去参加3个社团,每人只参加1个社团,每个社团都有人参加,则满足上述要求的不同方案共有种.(用数字填写答案)答案36综合篇知能转换考法一排列问题的解决方法1.(2022届河北邯郸开学摸底,5)由1,2,3,4,5,6六个数字按如下要求组成无重复数字的六位数,1必须排在前两位,且2,3,4必须排在一起,则这样的六位数共有()A.48个B.60个C.72个D.84个答案B2.(2022届广东深圳七中月考,5)某次演出有5个节目,若甲、乙、丙3个节目间的先后顺序已确定,则不同的排法有()A.120种B.80种C.20种D.48种答案C3.(2022届河北玉田一中开学考)高三(2)班某天安排6节课,其中语文、数学、英语、物理、生物、地理各一节.若要求物理课比生物课先上,语文课与数学课相邻,则编排方案共有()A.42种B.96种C.120种D.144种答案C4.(2022届广东珠海二中10月月考,3)五名同学国庆假期相约去珠海日月贝采风观景,结束后五名同学排成一排照相留念,若甲乙二人不相邻,则不同的排法共有()A.36种B.48种C.72种D.120种答案C5.(2022届河北廊坊十二中一模,7)由0,1,2,3,4这5个数组成无重复数字的五位数且为偶数,共有种不同的排法()A.24B.48C.60D.62答案C6.(2021湖北九师联盟2月质量检测,3)若5个人排成一列纵队,则其中甲、乙、丙三人两两不相邻的排法有()A.4种B.14种C.5种D.12种答案D7.(2020广东深圳七中第二次月考,4)7个人排成一排准备照一张合影,其中甲、乙要求相邻,丙、丁要求分开,则不同的排法有()A.480种B.720种C.960种D.1200种答案C8.(2022届广东深圳六校联考,13)一部纪录片在4个不同的场地轮映,每个场地放映一次,则有种轮映次序.答案249.(2021福建三明一中月考一)来自甲、乙、丙3个班级的5名同学站在一排照相,其中甲班有2名同学,乙班有2名同学,丙班有1名同学,则仅有甲班的同学相邻的站法种数为.答案 2410.(2017天津理,14,5分)用数字1,2,3,4,5,6,7,8,9组成没有重复数字,且至多有一个数字是偶数的四位数,这样的四位数一共有 个.(用数字作答)答案 108011.(2020山东济宁一中质量检测,15)“中国梦”的英文翻译为“ChinaDream ”,其中China 又可以简写为CN,从“CNDream ”中取6个不同的字母排成一排,含有“ea ”字母组合(顺序不变)的不同排列共有 种.答案 600考法二 组合问题的常见解法1.(2022届湖北部分重点中学9+N 新高考联盟新起点联考)定义空间直角坐标系中的任意点P(x,y,z)的“N 数”为在P 点的坐标中不同数字的个数,如:N(1,1,1)=1,N(1,3,1)=2,N(1,2,3)=3,若x,y,z ∈{0,1,2,3},则所有这些点P 的“N 数”的平均值为( )A.3716B.64C.2516D.40 答案 A2.(2022届湖南天壹名校联盟摸底)已知文印室内有5份待打印的文件自上而下摞在一起,秘书小王要在这5份文件中再插入甲、乙两份文件,甲文件要在乙文件前打印,且不改变原来次序,则不同的打印方式有( )A.15种B.21种C.28种D.36种答案 B3.(2020长沙一中月考(一),8)中国有十二生肖,又叫十二属相,每一个人的出生年份对应了十二种动物(鼠、牛、虎、兔、龙、蛇、马、羊、猴、鸡、狗、猪)中的一种,现有十二生肖的吉祥物各一个,甲、乙、丙三位同学依次选一个作为礼物,甲同学喜欢牛和马,乙同学喜欢牛、兔、狗和羊,丙同学哪个吉祥物都喜欢,如果让三位同学对选取的礼物都满意,那么不同的选法有 ( )A.50种B.60种C.70种D.90种答案 C4. (2021广州一模,6)如图,洛书(古称龟书)是阴阳五行术数之源.在古代传说中有神龟出于洛水,其甲壳上有此图象,结构是戴九履一,左三右七,二四为肩,六八为足,以五居中,五方白圈皆阳数,四角黑点为阴数.若从四个阴数和五个阳数中随机选取3个数,则选取的3个数之和为奇数的方法数为 ( )A.30B.40C.44D.70答案 B5.(多选)(2021江苏启东中学检测,9)在100件产品中,有98件合格品,2件不合格品.从这100件产品中任意抽出3件,则下列结论正确的有( )A.抽出的3件产品中恰好有1件是不合格品的抽法有C 21C 982种B.抽出的3件产品中恰好有1件是不合格品的抽法有C 21C 992种C.抽出的3件中至少有1件是不合格品的抽法有(C 21C 982+C 22C 981)种D.抽出的3件中至少有1件是不合格品的抽法有(C 1003-C 983)种答案 ACD6.(2018课标Ⅰ理,15,5分)从2位女生,4位男生中选3人参加科技比赛,且至少有1位女生入选,则不同的选法共有 种.(用数字填写答案)答案 16考法三 分组与分配问题的解题方法1.(2022届南京学情调研,5)将4名志愿者全部安排到某社区参加3项工作,每人参加1项,每项工作至少有1人参加,则不同的安排方式共有( )A.24种B.36种C.60种D.72种答案 B2.(2021全国乙理,6,5分)将5名北京冬奥会志愿者分配到花样滑冰、短道速滑、冰球和冰壶4个项目进行培训,每名志愿者只分配到1个项目,每个项目至少分配1名志愿者,则不同的分配方案共有( )A.60种B.120种C.240种D.480种答案 C3.(2022届重庆西南大学附中开学考,6)A,B,C,D,E,F六名同学进行劳动技术比赛,决出第1名到第6名的名次.A,B,C去询问成绩,回答者对A说:“很遗憾,你们三个都没有得到冠军.”对B说:“你的名次在C之前.”对C说:“你不是最后一名.”从以上的回答分析,6人的名次排列情况种数为()A.108B.120C.144D.156答案A4.(2022届河北沧州十五校摸底)将甲乙等5名志愿者分配到冬奥会三个不同的运动场馆做服务工作,每个岗位至少1人,且甲乙二人必须在一起,则共有种不同的分配方法.答案365.(2020课标Ⅱ理,14,5分)4名同学到3个小区参加垃圾分类宣传活动,每名同学只去1个小区,每个小区至少安排1名同学,则不同的安排方法共有种.答案36。
经典数学问题:四色猜想
经典数学问题:四色猜想世界近代三大数学难题之一。
四色猜想的提出来自英国。
1852年,毕业于伦敦大学的弗南西斯.格思里来到一家科研单位搞地图着色工作时,发现了一种有趣的现象:“看来,每幅地图都可以用四种颜色着色,使得有共同边界的国家着上不同的颜色。
〞这个结论能不能从数学上加以严格证明呢?他和在大学读书的弟弟格里斯决心试一试。
兄弟二人为证明这一问题而使用的稿纸已经堆了一大叠,可是研究工作没有进展。
1852年10月23日,他的弟弟就这个问题的证明请教他的教师、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、著名数学家哈密尔顿爵士请教。
哈密尔顿接到摩尔根的信后,对四色问题进展论证。
但直到1865年哈密尔顿逝世为止,问题也没有可以解决。
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。
1878~1880年两年间,著名的律师兼数学家肯普和泰勒两人分别提交了证明四色猜想的论文,宣布证明了四色定理,大家都认为四色猜想从此也就解决了。
11年后,即1890年,数学家赫伍德以自己的准确计算指出肯普的证明是错误的。
不久,泰勒的证明也被人们否认了。
后来,越来越多的数学家虽然对此绞尽脑汁,但一无所获。
于是,人们开始认识到,这个貌似容易的题目, 实是一个可与费马猜想相媲美的难题:先辈数学大师们的努力,为后世的数学家提醒四色猜想之谜铺平了道路。
进入20世纪以来,科学家们对四色猜想的证明根本上是按照肯普的想法在进展。
1913年,伯克霍夫在肯普的根底上引进了一些新技巧,美国数学家富兰克林于1939年证明了22国以下的地图都可以用四色着色。
1950年,有人从22国推进到35国。
1960年,有人又证明了39国以下的地图可以只用四种颜色着色;随后又推进到了50国。
看来这种推进仍然非常缓慢。
电子计算机问世以后,由于演算速度迅速进步,加之人机对话的出现,大大加快了对四色猜想证明的进程。
培养数学抽象 践行核心素养
培养数学抽象践行核心素养数学抽象是数学最基本的思维方式之一,是以具体事物为载体,通过观察,分析,抽象出事物的本质因素,从事物的数量关系与空间关系来考虑事物的一种数学研究方法,并在一定程度上体现了事物的本质特征[1]。
它具有重要的学科价值和教育价值。
数学抽象的过程是有层次性的,根据史宁中校长的研究[2],可分为以下三个层次:简约阶段,符号阶段,普适阶段。
简约阶段的数学抽象体现为把握事物本质,体现将复杂的问题简单化。
符号阶段的数学抽象强调去除具体的内容,利用数学概念,图形,符号来表达简约化了的关系,符号描述意味着数学抽象走出了所举的事例,进入了概括总结的阶段。
普适阶段的数学抽象强调建立数学法则,或者建立数学模式或模型,以形成一般意义上的结论,并用于更广泛的范围以节食事实。
数学抽象是一种基本的数学素养,我们应该喜欢抽象,并学会抽象的手段。
一.四色问题践行数学抽象四色问题又称四色猜想,四色定理是世界近代三大数学难题之一。
相传四色问题是一名英国绘图员提出来的,此人叫格思里。
1852年他在绘制英国地图的发现如果给相邻地区涂上不同颜色,那么只要四种颜色就足够了。
(需要注意的是任何两个国家之间如果有边界,那么其边界不能只是一个点,否则四种颜色就可能不够)。
格思里把这个猜想告诉了正在念大学的弟弟。
弟弟认真思考了这个问题结果,既不能证明也没有找到反例,于是向自己的老师、著名数学家德·摩根请教。
我们可以将四色问题的内容表述为“任何一张地图只用四种颜色就能使具有共同边界的国家着上不同的颜色”。
用数学语言表示即“将平面任意地细分为不相重叠的区域每一个区域总可以用1234这四个数字之一来标记而不会使相邻的两个区域得到相同的数字(这里所指的相邻区域是指有一整段边界是公共的,如果两个区域只相遇于一点或有限多点就不叫相邻的)2003年全国卷理科15题:如图,一个地区分为5个行政区域,现给地图着色,要求相邻地区不得使用同一颜色,现有4种颜色可供选择,则不同的着色方法共有_______种。
2019趣味数学故事之四色猜想精品教育.doc.doc
趣味数学故事之四色猜想趣味数学故事之四色猜想世界近代三大数学难题之一。
四色猜想的提出来自英国。
1852年,毕业于伦敦大学的弗南西斯·格思里来到一家科研单位搞地图着色工作时,发现了一种有趣的现象:"看来,每幅地图都可以用四种颜色着色,使得有共同边界的国家着上不同的颜色。
"这个结论能不能从数学上加以严格证明呢?他和在大学读书的弟弟格里斯决心试一试。
兄弟二人为证明这一问题而使用的稿纸已经堆了一大叠,可是研究工作没有进展。
1852年10月23日,他的弟弟就这个问题的证明请教他的老师、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、著名数学家哈密尔顿爵士请教。
哈密尔顿接到摩尔根的信后,对四色问题进行论证。
但直到1865年哈密尔顿逝世为止,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。
1878~1880年两年间,著名的律师兼数学家肯普和泰勒两人分别提交了证明四色猜想的论文,宣布证明了四色定理,大家都认为四色猜想从此也就解决了。
11年后,即1890年,数学家赫伍德以自己的精确计算指出肯普的证明是错误的。
不久,泰勒的证明也被人们否定了。
后来,越来越多的数学家虽然对此绞尽脑汁,但一无所获。
于是,人们开始认识到,这个貌似容易的题目,其实是一个可与费马猜想相媲美的难题:先辈数学大师们的努力,为后世的数学家揭示四色猜想之谜铺平了道路。
进入20世纪以来,科学家们对四色猜想的证明基本上是按照肯普的想法在进行。
1913年,伯克霍夫在肯普的基础上引进了一些新技巧,美国数学家富兰克林于1939年证明了22国以下的地图都可以用四色着色。
1950年,有人从22国推进到35国。
1960年,有人又证明了39国以下的地图可以只用四种颜色着色;随后又推进到了50国。
四色猜想 四色图猜想是什么-
四色猜想四色图猜想是什么?各位读友大家好,此文档由网络收集而来,欢迎您下载,谢谢四色猜想四色猜想此猜想已被证明不再是猜想是定理了四色原理世界近代三大数学难题之一.四色猜想的提出来自英国.1852年,毕业于伦敦大学的弗南西斯·格思里(Francis Guthrie)来到一家科研单位搞地图着色工作时,发现了一种有趣的现象:“看来,每幅地图都可以用四种颜色着色,使得有共同边界的国家着上不同的颜色.”这个结论能不能从数学上加以严格证明呢?他和在大学读书的弟弟格里斯决心试一试.兄弟二人为证明这一问题而使用的稿纸已经堆了一大叠,可是研究工作没有进展.1852年10月23日,他的弟弟就这个问题的证明请教他的老师、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、著名数学家哈密尔顿爵士请教.哈密尔顿接到摩尔根的信后,对四色问题进行论证.但直到1865年哈密尔顿逝世为止,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.1878~1880年两年间,著名的律师兼数学家肯普和泰勒两人分别提交了证明四色猜想的论文,宣布证明了四色定理,大家都认为四色猜想从此也就解决了.11年后,即1890年,数学家赫伍德以自己的精确计算指出肯普的证明是错误的.不久,泰勒的证明也被人们否定了.后来,越来越多的数学家虽然对此绞尽脑汁,但一无所获.于是,人们开始认识到,这个貌似容易的题目,其实是一个可与费马猜想相媲美的难题:先辈数学大师们的努力,为后世的数学家揭示四色猜想之谜铺平了道路.进入20世纪以来,科学家们对四色猜想的证明基本上是按照肯普的想法在进行.1913年,伯克霍夫在肯普的基础上引进了一些新技巧,美国数学家富兰克林于1939年证明了22国以下的地图都可以用四色着色.1950年,有人从22国推进到35国.1960年,有人又证明了39国以下的地图可以只用四种颜色着色;随后又推进到了50国.看来这种推进仍然十分缓慢.电子计算机问世以后,由于演算速度迅速提高,加之人机对话的出现,大大加快了对四色猜想证明的进程.1976年,在J. Koch的算法的支持下,美国数学家阿佩尔(Kenneth Appel)与哈肯(Wolfgang Haken)在美国伊利诺斯大学的两台不同的电子计算机上,用了1200个小时,作了100亿判断,终于完成了四色定理的证明.四色猜想的计算机证明,轰动了世界,当时中国科学家也有在研究这原理.它不仅解决了一个历时100多年的难题,而且有可能成为数学史上一系列新思维的起点.证明方法将地图上的无限种可能情况减少为1,936种状态,这些状态由计算机一个挨一个的进行检查.这一工作由不同的程序和计算机独立的进行了复检.在1996年,Neil Robertson、Daniel Sanders、Paul Seymour和Robin Thomas使用了一种类似的证明方法,检查了633种特殊的情况.这一新证明也使用了计算机,如果由人工来检查的话是不切实际的.四色定理是第一个主要由计算机证明的理论,这一证明并不被所有的数学家接受,因为它不能由人工直接验证.最终,人们必须对计算机编译的正确性以及运行这一程序的硬件设备充分信任.德·摩尔根:地图四色定理德·摩尔根致哈密顿的信我的一位学生今天请我解释一个我过去不知道,现在仍不甚了了的事实.他说如果任意划分一个图形并给各部分着上颜色,使任何具有公共边界的部分颜色不同,那么需要且仅需要四种颜色就够了.下图是需要四种颜色的例子.现在的问题是是否会出现需要五种或更多种颜色的情形.就我目前的理解,若四个不订分割的区域两两具有公共边界线,则其中三个必包围第四个而使其不与任何第五个区域相毗邻.这事实若能成立,那么用四种颜色即可为任何可能的地图着色,使除了在公共点外同种颜色不会.现画出三个两两具有公共边界的区域ABC,那么似乎不可能再画第四个区域与其他三个区域的每一个都有公共边界,除非它包围了其中一个区域.但要证明这一点却很棘手,我也不能确定问题复杂的程度一对此您的意见如何呢?并且此事如果当真,难道从未有人注意过吗?我的学生说这是在给一幅英国地图着色时提出的猜测.我越想越觉得这是显然的事情.如果您能举出一个简单的反例来,说明我像一头蠢驴,那我只好重蹈史芬克斯①的复辙了…….各位读友大家好,此文档由网络收集而来,欢迎您下载,谢谢。
世界数学难题——四色猜想
世界数学难题——四色猜想平面内至多可以有四个点构成每两个点两两连通且连线不相交。
可用符号表示:K(n),n=、<4。
四色原理简介这是一个拓扑学问题,即找出给球面(或平面)地图着色时所需用的不同颜色的最小数目。
着色时要使得没有两个相邻(即有公共边界线段)的区域有相同的颜色。
1852年英国的格思里推测:四种颜色是充分必要的。
1878年英国数学家凯利在一次数学家会议上呼吁大家注意解决这个问题。
直到1976年,美国数学家阿佩哈尔、哈肯和考西利用高速电子计算机运算了1200个小时,才证明了格思里的推测。
20世纪80-90年代曾邦哲的综合系统论(结构论)观将“四色猜想”命题转换等价为“互邻面最大的多面体是四面体”。
四色问题的解决在数学研究方法上的突破,开辟了机器证明的美好前景。
四色定理的诞生过程世界近代三大数学难题之一(另外两个是费马定理和哥德巴赫猜想)。
四色猜想的提出来自英国。
1852年,毕业于伦敦大学的弗南西斯·格思里(Francis Guthrie)来到一家科研单位搞地图着色工作时,发现了一种有趣的现象:“看来,每幅地图都可以用四种颜色着色,使得有共同边界的国家着上不同的颜色。
”,用数学语言表示,即“将平面任意地细分为不相重迭的区域,每一个区域总可以用1,2,3,4这四个数字之一来标记,而不会使相邻的两个区域得到相同的数字。
”这个结论能不能从数学上加以严格证明呢?他和在大学读书的弟弟格里斯决心试一试。
兄弟二人为证明这一问题而使用的稿纸已经堆了一大叠,可是研究工作没有进展。
1852年10月23日,他的弟弟就这个问题的证明请教他的老师、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、著名数学家哈密尔顿爵士请教。
哈密尔顿接到摩尔根的信后,对四色问题进行论证。
但直到1 865年哈密尔顿逝世为止,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。
2024高中数学高考高频考点经典题型练习卷 (40)
一、单选题1. 如图,“蘑菇”形状的几何体是由半个球体和一个圆柱体组成,球的半径为,圆柱的底面半径为,高为,则该几何体的表面积为()A.B.C.D.2. 记为等差数列的前n项和,已知,,则()A.15B.16C.19D.203. 将函数的图象上各点的纵坐标不变,横坐标伸长为原来的2倍,所得图象的一条对称轴方程可以是()A.B.C.D.【知识点】求正弦(型)函数的对称轴及对称中心解读求图象变化前(后)的解析式解读逆用和、差角的正弦公式化简、求值解读很抱歉,您每日最多可查看30道试题的答案解析,升级会员或开通e卷通服务查看答案解析无上限哦~4.已知向量,若,则()A.B.C.D.5. 四色猜想又称四色问题、四色定理,是世界近代三大数学难题之一.四色定理的内容是“任何一张地图最多用四种颜色就能使具有共同边界的国家着上不同的颜色.”如图,一矩形地图被分割成了五块,小刚打算对该地图的五个区域涂色,每个区域只使用一种颜色,现有4种颜色可供选择(4种颜色不一定用完),满足四色定理的不同的涂色种数为A.96B.72C.108D.1446. 函数,则下面4个结论:①函数图象的对称轴为②将图象向右平移1个单位后,得到的函数为奇函数③函数的单调递增区间为④经过点的直线和图象一定有交点正确结论的个数是()A.1B.2C.3D.4二、多选题7. 已知函数图象上存在两条互相垂直的切线,且,则的最大值为( )A.B.C.D.8.用数学归纳法证明不等式(n ≥2)的过程中,由n =k 递推到n =k +1时,不等式的左边( )A.增加了一项B .增加了两项,C .增加了两项,,又减少了一项D.增加了一项,又减少了一项9. 设,,,则( )A.B.C.D.10. 已知函数的图象经过坐标原点,则曲线在点处的切线方程是( )A.B.C.D.11.已知中,,,的对边分别是,,,且,,,则边上的中线的长为A.B.C.或D.或12.已知向量,若与垂直,则实数的值为( )A.B.C.D .113. 已知两个不同平面,和三条不重合的直线,,,则下列命题中正确的是A .若,,则B .若,在平面内,且,,则C .若,,是两两互相异面的直线,则只存在有限条直线与,,都相交D .若,分别经过两异面直线,,且,则必与或相交14. 四边形由如图所示三个全等的正方形拼接而成,令,,则()A .1B.C.D.15.设等差数列的前项和为,且,,则( )A .285B .302C .316D .36316.若的展开式各项的二项式系数之和为32,则的展开式中x 的系数是( )A.B.C .10D .4三、填空题17.定义在上的函数满足,且当时,,则( )A.B .的一个周期为3C .在上单调递增D.18. 已知定义在R上的函数满足,且为偶函数,则下列说法一定正确的是( )A .函数的周期为2B.函数的图象关于直线对称C .函数为偶函数D.函数的图象关于点对称19.已知函数,则( )A .的最小正周期为B.函数的图象关于直线对称C .当时,函数在上单调递增D .若函数在上存在零点,则a的取值范围是20. 已知直线与抛物线相交于,两点,点是抛物线的准线与以为直径的圆的公共点,则下列结论正确的是( )A.B.C .的面积为D.21. 已知函数(a 为实数),且,则在区间上的极值点的个数可能为( )A .1B .2C .3D .422. 下列为真命题的有( )A .90,92,92,93,93,94,95,97,99,100的中位数为93.5B.设一组样本数据的方差为2,则数据的方差为8C .甲、乙、丙三种个体按3∶1∶2的比例分层抽样调查,若抽取的甲种个体数为9,则样本容量为18D .已知随机变量,且,则23. 已知函数的两个相邻零点间的距离为,将函数的图象向左平移个单位长度得到函数的图象,则下列说法正确的是( )A.函数的图象关于直线对称B .函数在区间上单调递减C.D .函数在区间内的零点个数为324.在平面直角坐标系中,点在抛物线上,抛物线的焦点为,延长与抛物线相交于点,则下列结论正确的是( )A.抛物线的准线方程为B.C .的面积为D.25.已知正方体的棱长为,为棱的中点,点在正方形内运动,且直线平面,则动点的轨迹长度为_______.四、解答题五、解答题26.设集合,,则__.27. “,使得”的否定为_________.28.设,.(1)求的展开式中系数最大的项;(2)时,化简;(3)求证:.29.如图,在多面体中,四边形为菱形,且∠ABC =60°,AE ⊥平面 ABCD ,AB =AE =2DF ,AE DF.(1)证明:平面AEC ⊥平面 CEF ;(2)求平面ABE 与平面CEF 夹角的余弦值.30. 设分别为椭圆: 的左、右焦点,是椭圆短轴的一个顶点,已知的面积为.(1)求椭圆的方程;(2)如图,是椭圆上不重合的三点,原点是的重心(i )当直线 垂直于 轴时,求点 到直线的距离;(ii )求点到直线的距离的最大值.31. 已知函数.(1)化简函数的表达式,并求函数的最小正周期;(2)若点是图象的对称中心,且,求点的坐标.32. 化简:.33. 已知函数,,.(1)将函数化简成,(,,),的形式;(2)求函数的值域.34. 体育中考(简称体考)是通过组织统一测试对初中毕业生身体素质作出科学评价的一种方式,即通过测量考生身高、体重、肺活量和测试考生运动成绩等指标来进行体质评价.已知某地区今年参加体考的非城镇与城镇学生人数之比为,为了调研该地区体考水平,从参加体考的学生中,按非城镇与城镇学生用分层抽样方法抽取人的体考成绩作为样本,得到成绩的频率分布直方图(如图所示),体考成绩分布在范围内,且规定分数在分以上的成绩为“优良”,其余成绩为“不优良”.(1)将下面的列联表补充完整,根据表中数据回答,是否有百分之九十的把握认为“优良”与“城镇学生”有关?类别非城镇学生城镇学生合计优良不优良合计(2)现从该地区今年参加体考的大量学生中,随机抽取名学生,并将上述调查所得的频率视为概率,试以概率相关知识回答,在这名学生中,成绩为“优良”人数的期望值为多少?附参考公式与数据:,其中.35. 已知函数(其中,,均为常数,,,).在用五点法作出函数在某一个周期的图像时,列表并填入了部分数据,如表所示:(1)求函数的解析式,并直接写出函数的单调递增区间;(2)已知函数满足,若当函数的定义域为()时,其值域为,求的最大值与最小值.36. 经过多年的努力,炎陵黄桃在国内乃至国际上逐渐打开了销路,成为炎陵部分农民脱贫致富的好产品.为了更好地销售,现从某村的黄桃树上随机摘下了100个黄桃进行测重,其质量分布在区间内(单位:克),统计质量的数据作出其频率分布直方图如图所示:六、解答题(1)按分层抽样的方法从质量落在,的黄桃中随机抽取5个,再从这5个黄桃中随机抽2个,求这2个黄桃质量至少有一个不小于400克的概率;(2)以各组数据的中间数值代表这组数据的平均水平,以频率代表概率,已知该村的黄桃树上大约还有100000个黄桃待出售,某电商提出两种收购方案:A.所有黄桃均以20元/千克收购;B.低于350克的黄桃以5元/个收购,高于或等于350克的以9元/个收购.请你通过计算为该村选择收益最好的方案.(参考数据:)37. 已知函数.(1)在给出的平面直角坐标系中作出函数的图像;(2)记函数的最大值为,是否存在正数,,使,且,若存在,求出,的值,若不存在,说明理由.38.画出函数的图象,并写出该函数的单调区间与值域39. 已知函数有如下性质:如果常数,那么该函数在上是减函数,在上是增函数.(1)研究函数(常数)在定义域内的单调性,并说明理由;(2)对函数和(常数)作出推广,使它们都是你所推广的函数的特例.研究推广后的函数的单调性(),并求函数(是正整数)在区间上的最大值和最小值(可利用你的研究结论).只须写出结论,不必证明40. 已知四棱锥的底面是边长为2的菱形,,,,,为的中点.(1)求证:平面;(2)求直线与平面所成角的正弦值.41. 已知抛物线,点为抛物线上一点,F为抛物线的焦点,且.(1)求抛物线的方程;(2)过焦点F的直线l与抛物线交于A、B两点,点P为抛物线上异于A、B的任意一点,直线、分别与抛物线的准线相交于D、E两点,证明:以线段为直径的圆经过y轴上的两个定点.42. 如图,在四棱锥中,平面,,,.(1)求证:平面;(2)若,且直线与所成角为,求点E到平面的距离.43.如图,在三棱锥中,是边长为的正三角形,,分别是,的中点,,.(1)求证:平面;(2)求点到平面的距离.44. 如图,在三棱柱中,,,,为的中点,且.(1)求证:平面;(2)求直线与平面所成角的正弦值;(3)求平面与平面的夹角的余弦值.45. 如图,多面体中,平面平面,正方形的边长为2,直角梯形中,,,AB=2,CD=4.(1)求证:BC⊥平面BDE;(2)试在平面CDE上确定点P,使点P到直线DC、DE的距离相等,且AP与平面BEF所成的角等于30°.七、解答题46. 学校趣味运动会上增加了一项射击比赛,比赛规则如下:向A、B两个靶子进行射击,先向A靶射击一次,命中得1分,没有命中得0分;再向B靶连续射击两次,如果只命中一次得2分,一次也没有命中得0分,如果连续命中两次则得5分.甲同学准备参赛,经过一定的训练,甲同学的射击水平显著提高,目前的水平是:向A靶射击,命中的概率是;向B靶射击,命中的概率为.假设甲同学每次射击结果相互独立.(1)求甲同学恰好命中一次的概率;(2)求甲同学获得的总分X的分布列及数学期望.47. 某企业引进一条先进的生产线,发明了一种新产品,若该产品的质量指标为,其质量指标等级划分如下表:质量指标值m[70,80)[80,85)[85,90)[90,100]质量指标等级废品三等品二等品一等品为了解该产品的经济效益并及时调整生产线,该企业先进行试生产.现从试生产的产品中随机抽取了1000件,将其质量指标值m的数据作为样本,绘制如图所示的频率分布直方图:(1)若将频率作为概率,从该产品中随机抽取3件产品,求“抽出的产品中恰有1件一等品”的概率;(2)若从质量指标值的样本中利用分层抽样的方法抽取14件产品,再从这14件产品中任取3件产品,求一等品的件数的分布列及数学期望;(3)若每件产品的质量指标值与利润(单位:元)的关系如下表():质量指标值m[70,80)[80,85)[85,90)[90,100]利润y(元)-t22t4t7t试确定t为何值时,每件产品的平均利润达到最大.48. 某公司是一家集无人机特种装备的研发、制造与技术服务的综合型科技创新企业.该公司生产的甲、乙两种类型无人运输机性能都比较出色,但操控水平需要十分娴熟,才能发挥更大的作用.已知在单位时间内,甲、乙两种类型无人运输机操作成功的概率分别为和,假设每次操作能否成功相互独立.(1)随机选择两种无人运输机中的一种,求选中的无人运输机操作成功的概率;(2)操作员连续进行两次无人机的操作有两种方案:方案一:在初次操作时,随机选择两种无人运输机中的一种,若初次操作成功,则第二次继续使用该类型设备;若初次操作不成功,则第二次使用另一类型进行操作;方案二:在初次操作时,随机选择两种无人运输机中的一种,无论初次操作是否成功,第二次均使用初次所选择的无人运输机进行操作.假定方案选择及操作不相互影响,试比较这两种方案的操作成功的次数的期望值.49. 某海产品经销商调查发现,该海产品每售出可获利0.4万元,每积压则亏损0.3万元.根据往年的数据,得到年需求量的频率分布直方图如图所示,将频率视为概率.(1)请依据频率分布直方图估计年需求量不低于的概率,并估计年需求量的平均数;(2)今年该经销商欲进货,以(单位:,)表示今年的年需求量,以单位:万元)表示今年销售的利润,试将表示为的函数解析式;并求今年的年利润不少于27.4万元的概率.50. 教育部印发的《义务教育课程方案和课程标准(2022年版)》指出,自2022年秋季开始,劳动课将成为中小学一门独立课程.消息一出,“中小学生学做饭”等相关话题引发大量网友关注,儿童厨具也迅速走俏.这类儿童厨具并不是指传统意义上的“过家家”,而是真锅真铲真炉灶,能让孩子煎炒烹炸,把饭菜做熟了吃下肚的“真煮”儿童厨具.一家厨具批发商从2022年5月22日起,每10天就对“真煮”儿童厨具的销量统计一次,得到相关数据如下表所示.时间5月22~5月31日6月1~6月10日6月11~6月20日6月21~6月30日7月1~7月10日7月11~7月20日7月21~7月30日时间代码x 1234567销量y /千件9.49.69.910.110.611.111.4(1)从这7次统计数据中随机抽取2次,求这2次的销量之和超过21千件的概率.(2)根据表中数据,判断y 与x 是否具有线性相关关系?若具有,试求出y 关于x 的线性回归方程;若不具有,请说明理由.(结果保留两位小数)附:线性回归方程中斜率和截距的最小二乘估计公式分别为,,相关系数,.51. 2020年新型冠状病毒肺炎疫情席卷全球,我国在全力保障口罩、防护服等医疗物资供给基础上,重点开展医疗救治急需的呼吸机、心电监护仪等医疗设备的组织生产和及时供应,统筹协调医用物资生产企业高速生产,支援世界各国抗击肺炎疫情.我市某医疗器械公司转型升级,从9月1日开始投入呼吸机生产,该公司9月1目~9月9日连续9天的呼吸机日生产量为(单位:,),数据作了初步处理;得到如图所示的散点图.2.731952851095百台注:图中日期代码1~9分别对应9月1日~9月9日;表中,(1)从9个样本点中任意选取2个,在2个样本点的生产量都不高于300台的条件下,求2个样本点都高于200台的概率;(2)由散点图分析,样本点都集中在曲线的附近,求y关于t的方程,并估计该公司从生产之日起,需要多少天呼吸机日生产量可超过500台.参考公式:回归直线方程是;,,参考数据:.。
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四色问题又称四色猜想,是世界近代三大数学难题之一。
四色问题的内容是:“任何一张地图只用四种颜色就能使具有共同边界的国家着上不同的颜色。
”用数学语言表示,即“将平面任意地细分为不相重迭的区域,每一个区域总可以用1,2,3,4这四个数字之一来标记,而不会使相邻的两个区域得到相同的数字。
”(右图)这里所指的相邻区域,是指有一整段边界是公共的。
如果两个区域只相遇于一点或有限多点,就不叫相邻的。
因为用相同的颜色给它们着色不会引起混淆。
四色猜想的提出来自英国。
1852年,毕业于伦敦大学的弗南西斯·格思里来到一家科研单位搞地图着色工作时,发现了一种有趣的现象:“看来,每幅地图都可以用四种颜色着色,使得有共同边界的国家都被着上不同的颜色。
”这个现象能不能从数学上加以严格证明呢?他和在大学读书的弟弟格里斯决心试一试。
兄弟二人为证明这一问题而使用的稿纸已经堆了一大叠,可是研究工作没有进展。
1852年10月23日,他的弟弟就这个问题的证明请教了他的老师、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、著名数学家汉密尔顿爵士请教。
汉密尔顿接到摩尔根的信后,对四色问题进行论证。
但直到1865年汉密尔顿逝世为止,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。
1878~1880年两年间,著名的律师兼数学家肯普和泰勒两人分别提交了证明四色猜想的论文,宣布证明了四色定理,大家都认为四色猜想从此也就解决了。
肯普的证明是这样的:首先指出如果没有一个国家包围其他国家,或没有三个以上的国家相遇于一点,这种地图就说是“正规的”(左图)。
如为正规地图,否则为非正规地图(右图)。
一张地图往往是由正规地图和非正规地图联系在一起,但非正规地图所需颜色种数一般不超过正规地图所需的颜色,如果有一张需要五种颜色的地图,那就是指它的正规地图是五色的,要证明四色猜想成立,只要证明不存在一张正规五色地图就足够了。
肯普是用归谬法来证明的,大意是如果有一张正规的五色地图,就会存在一张国数最少的“极小正规五色地图”,如果极小正规五色地图中有一个国家的邻国数少于六个,就会存在一张国数较少的正规地图仍为五色的,这样一来就不会有极小五色地图的国数,也就不存在正规五色地图了。
这样肯普就认为他已经证明了“四色问题”,但是后来人们发现他错了。
不过肯普的证明阐明了两个重要的概念,对以后问题的解决提供了途径。
第一个概念是“构形”。
他证明了在每一张正规地图中至少有一国具有两个、三个、四个或五个邻国,不存在每个国家都有六个或更多个邻国的正规地图,也就是说,由两个邻国,三个邻国、四个或五个邻国组成的一组“构形”是不可避免的,每张地图至少含有这四种构形中的一个。
肯普提出的另一个概念是“可约”性。
“可约”这个词的使用是来自肯普的论证。
他证明了只要五色地图中有一国具有四个邻国,就会有国数减少的五色地图。
自从引入“构形”,“可约”概念后,逐步发展了检查构形以决定是否可约的一些标准方法,能够寻求可约构形的不可避免组,是证明“四色问题”的重要依据。
但要证明大的构形可约,需要检查大量的细节,这是相当复杂的。
11年后,即1890年,在牛津大学就读的年仅29岁的赫伍德以自己的精确计算指出了肯普在证明上的漏洞。
他指出肯普说没有极小五色地图能有一国具有五个邻国的理由有破绽。
不久,泰勒的证明也被人们否定了。
人们发现他们实际上证明了一个较弱的命题——五色定理。
就是说对地图着色故事发生在十八世纪的东普鲁士柯尼斯堡城(二战以后该城改名为加里宁格勒,现属俄罗斯)。
普雷盖尔河穿城而过,河中有两个小岛,有七座桥将小岛与两岸连接,如图(一),当时那里的居民都热衷于一种游戏:看谁能从某点出发一次走遍这七座桥,每座桥只走一次,最后回到原出发点。
在众多尝试者中竟无一人成功。
千百人的失败引起了数学家欧拉的冷静思考:也许那样的走法根本就不存在。
1736年他证明了这个猜想,并以此为题在圣彼得堡科学院作了一次报告。
他用A、D分别表示两个小岛,B、C分别表示河的两岸,用联结两点的线表示连通两岛和两岸的桥,得到由七条线和四个接点组成的图形,如图(二)。
于是前面的七桥问题就变成了一笔画过七条线(不重复)的问题。
现在我们来分析用笔画图的过程:如果从某点出发,一笔画出某个图形,到某点终止,那么中间每经过一点,总有画进那点去的一条线和从那点画出来的另一条线,所以除了起点和终点外,这个图形的每一个点都应该和偶数条线相连,如果起点和终点重合,则这个点也应该和偶数条线相连。
然而图(二)上的四个点都是和三条(B、C、D各点)和五条(A点)线相连,都是奇数条线,故当然不可能一笔画出,即使不要求回到起点,也不可能一笔画出。
由此可以断定,不管要求不要求回到起点,不重复地一次走遍这七座桥总是不可能的。
七桥问题实质是一笔画问题,也是一个几何问题,但该问题中线条的长短曲直都无关紧要,要紧的只是点线之间的相关位置或互相联结的情况,故欧拉把这类几何问题的研究叫做位置几何学,欧拉对一笔画问题的进一步研究,终于找到了可以鉴别任一图形能不能一笔画出的简便原则,即欧拉定理(一个网络能一笔画的充要条件是:它连通并且奇顶点的个数是0或2)。
柯尼斯堡桥问题的解答成了数学一个新的分支拓扑学的导引,“七桥问题”也成了数学史上的一段佳话。
然而当年的七桥如今仅存其三--密桥、高桥和木桥。
右图所示便是其中之一桥。
有幸造访俄罗斯加里宁格勒的人们不妨前往一游,或探幽访古,或体味人世沧桑,但当年的“七桥故事”是是不便重演了。
,用五种颜色就够了。
后来,越来越多的数学家虽然对此绞尽脑汁,但一无所获。
于是,人们开始认识到,这个貌似容易的题目,其实是一个可与费马猜想相媲美的难题。
进入20世纪以来,科学家们对四色猜想的证明基本上是按照肯普的想法在进行。
1913年,美国著名数学家、哈佛大学的伯克霍夫利用肯普的想法,结合自己新的设想;证明了某些大的构形可约。
后来美国数学家富兰克林于1939年证明了22国以下的地图都可以用四色着色。
1950年,有人从22国推进到35国。
1960年,有人又证明了39国以下的地图可以只用四种颜色着色;随后又推进到了50国。
看来这种推进仍然十分缓慢。
高速数字计算机的发明,促使更多数学家对“四色问题”的研究。
从1936年就开始研究四色猜想的海克,公开宣称四色猜想可用寻找可约图形的不可避免组来证明。
他的学生丢雷写了一个计算程序,海克不仅能用这程序产生的数据来证明构形可约,而且描绘可约构形的方法是从改造地图成为数学上称为“对偶”形着手。
他把每个国家的首都标出来,然后把相邻国家的首都用一条越过边界的铁路连接起来,除首都(称为顶点)及铁路(称为弧或边)外,擦掉其他所有的线,剩下的称为原图的对偶图。
到了六十年代后期,海克引进一个类似于在电网络中移动电荷的方法来求构形的不可避免组。
在海克的研究中第一次以颇不成熟的形式出现的“放电法”,这对以后关于不可避免组的研究是个关键,也是证明四色定理的中心要素。
电子计算机问世以后,由于演算速度迅速提高,加之人机对话的出现,大大加快了对四色猜想证明的进程。
美国伊利诺大学哈肯在1970年着手改进“放电过程”,后与阿佩尔合作编制一个很好的程序。
就在1976年6月,他们在美国伊利诺斯大学的两台不同的电子计算机上,用了1200个小时,作了100亿判断,终于完成了四色定理的证明,轰动了世界。
这是一百多年来吸引许多数学家与数学爱好者的大事,当两位数学家将他们的研究成果发表的时候,当地的邮局在当天发出的所有邮件上都加盖了“四色足够”的特制邮戳,以庆祝这一难题获得解决。
“四色问题”的被证明仅解决了一个历时100多年的难题,而且成为数学史上一系列新思维的起点。
在“四色问题”的研究过程中,不少新的数学理论随之产生,也发展了很多数学计算技巧。
如将地图的着色问题化为图论问题,丰富了图论的内容。
不仅如此,“四色问题”在有效地设计航空班机日程表,设计计算机的编码程序上都起到了推动作用。
不过不少数学家并不满足于计算机取得的成就,他们认为应该有一种简捷明快的书面证明方法。
直到现在,仍由不少数学家和数学爱好者在寻找更简洁的证明方法。
2004年是航空材料技术发展迅速的一年。
与前几年一样,在这一年里,传统材料的改进工作仍集中在先进复合材料及高温合金的性能优化及成本降低上。
功能材料继续成为研究重点,表现出与变形飞机有关的智能材料的快速发展。
最后,前瞻性材料如纳米材料领域更是成果迭出,美国人预计,在未来几年内,纳米材料将实际用于航空工业。
1.先进复合材料技术加快发展(1)军用飞机复合材料技术稳步发展大型军用运输机一直是国外研究的重点机型,但近年研究发现,目前国外有一种观点认为,大型战略运输机耗资巨大,因此目前波音启动了一项称之为"战区内运输机"的计划,这种运输机的有效载荷约8万磅,在战区内无机场环境下能实现短距起降,结构为翼身融合体,要求材料具备高韧性、缺口敏感性低、生存力高的特点,复合材料将占很大比例。
主要用于机翼等部位。
(2)民用飞机复合材料用量成为竞争筹码进入新世纪以来,由于受残酷的竞争因素驱动,各大民机制造商均将其视为实现新飞机机体减重及降低直接运营成本的有效途径,先进复合材料在大型民用客机上的应用急剧升温,如欧洲的A380采用了22%复合材料,另采用了3%GLARE金属层板复合材料,复合材料单机用量达到29937kg。
拟议中的波音7E7复合材料更是达到50%,创大型民机复合材料的记录。
为确保复合材料结构的安全性,在机体中广泛置入了传感器。
尽管波音、空客两家公司均将复合材料作为竞争未来民机市场的重要筹码,但空客认为,尽管复合材料在机翼上应用已经成熟,但碳纤维复合材料就已知性能来说仍嫌不足,它的抗冲击性不好,缺乏塑性、受高冲击部位(如舱门周围及前缘)难于修理。
这种材料特别不适于机身,因为它的扭转弯曲强度及应力尚不十分清楚,A380机身之所以用Glare就是因为它的性能比纯复合材料稳定,也了解得更多。
而波音公司的观点不同,认为复合材料已成熟,经过40年研究,性能了解很清楚,认为挑战不是技术性的,而主要集中在成本问题上,通过低成本技术的采用可以降低成本。
尽管目前航空公司对于全复合材料机身易被地面人员损伤这一点存在恐慌,美国航空公司每年为此种损伤成本达20亿美元,而复合材料又比铝易受冲击损伤,但临时修理半小时内即可完成,可让飞机飞回基地。
永久性的修理需几天,但要5~10年才进行一次。
此外,在紧固件的使用上注意了框架采用金属紧固件进行机械连接,因复合材料紧固件拉伸性能好,但剪切性能尚未过关。