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人工證明不了的“四色猜想”是什麽?

1976年有兩位年輕的科學家阿佩爾和哈肯應用計算機證明了“四色問題”。當時為世人所震驚。這是依靠計算機證明的唯壹的大定理。

“四色問題”也稱“四色猜想”。我們在繪制地圖時,為了區別壹個國家與它的鄰國,壹個省區與它鄰近的省區,總要給不同的國(省區)與它的相鄰近的國(省區)畫上不同的顏色。當我們打開任何壹本彩色地圖冊就會發現,只有4種顏色。也就是說,用四種顏色就可以把各國(省區)區分出來。這就是“四色問題”。更確切地說,在平面上或球面上繪制地圖只需要用4種顏色。

提出四色猜想的第壹位數學家是德國的莫比烏斯,這是1840年的事。1850年壹位英國學生叫葛斯瑞也認為繪制地圖4種顏色足夠了。其後不久,他給弟弟寫信並“證明”這個猜想正確。可惜這個證明被遺失了,許多數學家認為此證明可能也是錯的。他的弟弟把葛斯瑞的這壹想法寫信告訴美國幾位有名望的數學家,希望他們證明四色猜想。但直到1879年,其中的凱雷雖然對此問題很感興趣,但他宣布無法證明四色猜想。

繼凱雷之後,有壹位從事律師工作的肯普在數學學術雜誌上發表了壹篇論文,說他“證明”了四色問題。可惜,他的證明也是錯誤的,這個錯誤在1899年被數學家希伍德指出。而希伍德本人發表了壹篇嚴密論證的文章,但是他只證明五色,沒有證明四色。當然,從五色著手改進方法或許能證明四色,但問題並不這樣簡單,從那以後100多年以來,許多數學家都想證明四色猜想。開始選擇另外的方向,在國家數目上加以限制。首先是費蘭克林在1920年證明,當國家的數目≤25時,四色定理成立。1926年國家數提高到27,1936年提高到31,1943年又提高到35,1968年又提高到40。為什麽國家數目增加得如此之慢呢?因為每增加壹兩個,不同國家之間的邊界關系類型就會變得復雜得多,而證明的關鍵是必須把地圖的所有類型都考慮進去,這就給證明帶來更大的困難。所以,很長時間內,四色問題未能加以證明。

1976年,阿佩爾和哈肯利用計算機給“四色猜想”加以證明,前後花了七個月時間。第壹步是把所有可能的地圖類型歸結為有限多個不同的類型,他們歸類成1936個。僅這壹步就耗時6個月;第二步是證明它們用四色足夠區分,這花了壹個月時間。在計算機的幫助下,他們最終完成了這個證明。

但是從1976年以來,有不少數學家對此抱有懷疑態度。不論怎麽說,這件事本身說明電子計算機對數學家來說是不可缺少的工具。他們的想法是,能不能找到不依賴電子計算機的人工證明,關於這壹關,仍然有數學家在不斷的探索中,但結果還在期盼中。