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四色定理证明 2018-11-17

四色定理证明 2018-11-17

作者: 四色定理最终证明者 | 来源:发表于2018-11-17 18:48 被阅读0次

四色定理证明

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证明过程

      步骤1:若任意多面体四色可染,则可证四色定理中任意平面图(或地图)四色可染。比较简单的证明方法是将一平面做一个镜面对照,中间充气,就变成了一个体。关键是怎么证明一个多面体四色可染。

      证明任一多面体四色可染,我们先处理一下这个多面体,将国中有国或者一个国家与两国国家相邻的部分剔除掉。通俗的讲或理解起来就是剩下的每个国家最少有三个相邻国家。并且边境形成一个回路。举个例子如

图1

      图1是这个体的一部分中间是一个六边形,他与六个国家(或区域)相邻,边境只有一个回路,当然这个体上的某一个国家(或区域)可以是三边形,四边形等等。总之这个体都是由多边形组成(注意剔除后有可能不能形成体,后面我们会提到这种情况)。

      <!--已知四色可染等价于,不存在五面,每面和其它4面相邻,即不存在五面两两相邻。-->

步骤2:(关键证明)

      任意多面体面体,4,5,6....面体,换一个角度,称之为多点体,4,5,6....点体。四点体(四面体)4色,每面和其它3面相邻,五点体可以看成四点体增加了一个点。当然你可以逆着想,五点体减少一个点,成为四点体,同理6,7,8......点体。而且我们可知任意N+1点体,可由N点体变化而来,当然,也可以逆着想。下面分析,若N点体四色可染,N点体多加一个点时(或N+1点体 到 N点体过程...),其实相当于补上了一个棱锥(或者像棱锥,底面不平的那种,底面有特点不能含有点,不然点就会减少),因为可逆,由N+1一定能变化成N,所以一定能由N点体到N+1点体,棱锥的底和N点体消失的面照镜子,神奇的一幕发生了,新的相邻关系未发生根本性的变化。N点体消失的面的临面减一临面,又加一临面,锥体侧面同理减一临面,增加一临面,锥体因为存在三角形,不会引入五面相邻,N点体消失的面的临面和锥体的侧面以及其它三面,这五面不会出现两两相邻(因为锥体侧面只与三面相邻),N点体消失的面的临面和其它四面(不包含锥体侧面),也不会出现五面两两相邻现象(已知条件),4面 到 n面  相邻关系始终没有发生根本性的变化  即 "五面两两相邻"的现象不会出现。

      所以多点体四色可染。

      所以,一个多面体四色可染(每个面是多边形)四色可染。

////////////////////////证法 2  //////////////////////

         证明一球体(或多面体)不会出现五面两两相邻现象。为了方便,我们把面抽象成点,假设五点两两相邻,则四点必两两相邻,我们在球面上布设这五个点,先布设三个点两两相邻,再布设第四个点,最后布设第五个点,在球面无法布设第五个点,使其五点两两相联,所以球面不会出现五面两两相邻。得证!!!

////////////////////////证法 2  end /////////////

      步骤3:接下来我们再证国中的国,或一个国家外边界与两个国家相邻的情况,也就是剔除的那些,我们将剔除的那部分,将边缘撮起来(通俗的理解加上个底面),让它形成一个体,只要证明这个体最多四色可染即可。如此往复。还有注意一点如果一个体剔除某些情况后不能形成体,也就是前面提到的,所以只需证明被剔除的那部分最多四色可染即可。

        所以任意多面体最多四色可染,所以任意平面图最多四色可染。

最后考虑一下剔除这个概念,示意一下

图4

图5

或者其它的可以拓扑成这种形式,再剔除,当然A中可以包含其它国家,B中可以包含多个类似A的结构。

        讨论一下,想一想,我们先剔除国中有国(内部不含国家),和一国与两国相邻(内部不含国家),简单的情况,剩下的就是国中有国还有国的,再剔除这种情况,再证明这种情况最多四色可染。

后记:剔除的都有特点,不是一个回路(多个回路),或回路上的交点少于三个。

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