四色定理 | ||||||||||
雖然肯普的證明有錯,但仍有價值,因為在他的證明中包含了引導到正確證明的絕大部分基本概念,其中的思考路線可用來得到新的成果,當中較明顯的是可以得出「五色定理」的證明。 希伍德畢生研究四色猜想,雖然最後也解決不到,但他在這方面的貢獻亦不少,當中包括了「五色定理」或稱「希伍德定理」、有限制下的四色著色情況,以及更重要的一般閉曲面著色問題。 「五色定理」是四色猜想的減弱命題,而難度方面也就天淵之別。要證明「五色定理」只須要初等拓撲方法便可,主要使用「歐拉定理」及「約當曲線定理」,而證明方法亦不難明白。 而在1898年希伍德證明了,如果地圖上每個區域的邊的數目都是3的倍數時,那麼這個地圖便是可以四色著色了。 至於一般閉曲面的著色問題,希伍德先證明了同胚(homeomorphic)於環面(torus)的閉曲面的地圖,即只有一個「洞」的閉曲面地圖,最多只需要七種顏色著色。及後他推測著色的顏色數目與閉曲面的洞的數目有關,並有以下的關係:
其中p是閉曲面的洞的數目、Sqrt(x)是x的平方根,而顏色的數目便是Mp的整數部分。特別地,如果p=1便是環面,Mp=7;而p=0便是球面,Mp=4。後來在1974年數學家林格爾對希伍德的推測在p>0的情況作了完整的證明,也就是說,還沒有證出四色猜想。 肯普曾證明每一張正規地圖中至少有一個具有兩個、三個、四個或五個鄰國,不存在每個國家多於五個鄰國的平面正規地圖,換句話說,由兩個、三個、四個及五個鄰國組成的一組構形是不可避免的,亦即每張正規地圖至少必須含有這四種構形中的一個。另一方面,肯普也引入了所謂可約構形,即如果構形是不可能出現在極小五色圖中,這個構形便稱為可約構形。以上的兩個概便成為日後解決四色猜想的基石。因為從這兩點,數學家便意識到,只要求出世上所有可約構形的不可避免組,那麼四色猜想也就證明了。但數學家亦發現要證明大的構形可約,是需要檢查大量的細節,似乎只有借助電腦的幫助方可完成。 |
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