一、用轮图处理Q、 R构形
什么是Q、R构形,在《警钟长鸣》中,有:
(3)第 1,2,3
种证明方法,不能成立的原因,可见
B。韦斯特。图论导引(第 2 版)。第 204-207 页(同上)。
(注意 ---- 设一个面 V 有 4,5 个相邻面的构形分别为 Q,R。构形 Q 中只有“非
H 图”(不类似 Heawood 图的),
而构形 R 中除有“非 H 图”外,还有多种“类 H
图”(类似 Heawood 图的)。
当年,Kempe 用同一种着色方法(必须如此),证明“非 H
图”的 V 面可着 4 色中的某一色,为可约的,
但却不能同时证明多种“类 H
图”也是可约的!尽管能用另一种着色方法,证明 Heawood 图也可着 4 色!
于是,人们才去另辟新径,见 N.Robertson
等人的文章,可点击
www.docin.com/p-90614570.html
这里讲到Q、R构形,也指出当年Kempe的解决方法。
我觉得在学习古人东西的同时,也要结合现代图论已有的基础知识。这样就不易走弯路。
就说Q构形吧,也可以不用换色法;因为已知“V的4邻点,已用完4色了。”这相当于:给了4种颜色,如何使v也着这4种颜色的其中某一色?
首先考虑4邻点构形的具体情况,一种可能:4邻点互相独立,呈繁星状(需2色);再有:邻点相邻,呈轮图结构(需3色);相比较看,后者需要颜色数较多些;故为稳妥,考虑轮图结构为好(这等于考虑4邻点的导出子图)。这是一个5阶轮图,是3色图。在已知是4种颜色的条件下,可分给外围2色,给V1色,还空1色;显然是可以办到给v着上4色之一色的!
如此,我们用了“可着色的定义”----对颜色数的重新再分配----给解决了。上面这个结果,用图论的术语也叫4-可着色的。
表面上看,这两种方法都得到了同一个结论---图是可约的。但它们有很大的不同。前者没有用到“最少可着色”的定义,而后者用到了。前者导致出现了5色定理。而加入最少可着色的定义之后,才能使"4cc"的证明趋于更合理化!
同样道理,也可以解决R结构的问题:5邻点,4着色,如何给v着4色之一色呢?
5邻点与v构成6阶轮图,是4色图。请注意:用了轮图,使“最少可着色数”进入了证明。已知的4色的重新再分配可以给外围5邻点着3色,v着上4色之一色的。图的结果仍是4-可着色的。
在上面的讨论中,我们用到轮图的色数定理:奇圈和奇数阶轮图都是3-色图,而偶数阶轮图为4-色图。这是现在《离散数学教程》中就有的定理!
我个人认为,由于时代的变化,在图论基础知识发展的今天,已经产生了很多管用的定理。结合数学归纳法,可以组织非常有力的四色猜想的证明。每一个熟悉这两方面的人都可以写出证明来,“4cc”的证明不再是专家学者的专利啦!
大家在前面已经看到了我对两个构形,是使用“轮图”这个特殊的工具来处理的。轮图能不能胜任这项任务呢?我通过一个例子负责任的告诉大家,完全胜任!首先得承认,轮图定理是真的,千真万确!有书为证,家喻户晓。
二、用轮图研究外层顶点所构成环的着色数
既然它是定理,按数学的逻辑,它可以产生推论!现在我用它来研究任意简单平面图的最外层顶点所构成的环的“着色数”。怎么研究?不用别的,就用对偶原理---在图外取一点
v,以v为轮图中心,并与简单平面图最外层顶点(n个)连线,于是构成(n+1)阶轮图。当然可依据该轮图的阶数,知道轮图的色数i。于是简单平面图最外层顶点构成的“环的着色数”可以推出为:(i-1)!
当取i=4,有i-1=4-1=3
。这是简单平面图最外层顶点构成的环的最多着色数!
三、关于归纳假设的变通问题
在二中得到的规律,有一些网友看到具体图时---那个环已着了4色,于是开始怀疑刚才的推导和结论;老是囿于Kempe的换色法,总想也看看“过程是怎样由4色变到3色的”。须知道,用规律不用看过程,这也是科学的方法。它的准确度不比亲眼见差分毫!那个实际上已着了4色的环,确实存在;这就说明该环上的颜色数多了,是可以调整的。在数学中国有网友梁增勇的帖子,他在《四色定理最新证明》中给出几条定理---就涉及到刚才的问题。如果网友们一定要看看出现一个3色的环,可以这样办:
先把v的邻点依照轮图的着色规律着成3色,然后再着图的其它部分。这样得到的图作为归纳假设4-可着色的图,由此出发再去论证,第(n+1)个点也是4-可着色的。显然,这样处理只是改变了着色的次序而已,没有什么不允许的!由于归纳假设前n个顶点的图已是4-可着色的,而v的外围已着3色,轻而易举地推出给v着上4色的另一色即可。
这样处理就比按常规,v的5邻点是后着色---已用完了4色,要好明白得多。因为此时,往往使人产生误会----以为这4色不能再动了。不是的!动还是要动,只是用的方法不同而已。不少网友就是“卡”这里,顺势数了下去,由4到5,再添一色吧!不但不能达到4-可着色,却事与愿违跑到5-可着色去了。
通过以上的分析、比较,我觉得可以说服大家可以大胆应用轮图或者关于圈的色数定理了。它们是平面图的最常见的结构,其性质也是平面图的最基本的性质。
现在在我们国家有很多人在搞“4CC”,有哲学方面的黎鸣、社会学者敢峰、业余爱好者董德周、雷明、张彧典......各有不同的文化背景,使用不同的方法;我觉得最可取的还是用图论的方法去学习、去发现、去解决4CC问题。我主张走:在图论中去“发现”----有没有可用的工具----这条道路。
我发现了就及时告诉大家!请大家用自己的特色写出百花齐放的好文章。
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