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10楼 陈陶:
四色定理在2014.1.1—2019.1.1的研究小结
一 补遗或优化
1.引理3的初始值还有一种情形,其结构是原文中的图1(把虚线换成实线,并去掉P,m取6,由内到外国家个数为2、6、6、1),同理可证(这时把图1中的三个边沿国变为只有两个边沿国后,其结构等同于原文中图4的结构);
2.优化引理3第一段证明.证:如果五构形G每一国的邻国个数都是五,设G有n个国家即有n个面,因为每个顶点被数了3次,每一条弧被数了2次,故顶点数为5n÷3、弧的条数为5n÷2.由欧拉公式有(5n÷3)-(5n÷2)+n=2,即n=12(取外部无限面的一部分作为有限面,图1中的m取5,去掉虚线和P,由内到外国家个数分别为1、5、5、1).即是说,当n≥15时,G至少存在一个邻国个数不小于六的国家.进一步,根据引理1和类似图1的结构知,当n≥15时,每个n至少与一个“四圈”型五构形(其中至少有具备引理3条件的两国P和Q)对应,条件是有效的,故完全具备引理3的条件.
3.图42的证明中的“若AB不是同一国,不相邻时,把AB拓展成相邻(不影响其它国家的相邻关系,下同此)并视为E,仿图8的证明易证□,再收缩成原状,□”优化为“若A与B不是同一国,不相邻时,把A与B拓展成相邻(不影响其它国家的相邻关系,下同此)并视为E,则n=k,根据归纳假设,四色定理成立.再收缩成原状,四色定理成立”;
4 五构形中“(2)Q的邻国中有两国与Q形成圈”的补遗
如图45,A与B两国和Q形成一个圈(两种情形)或两个圈,取一个圈,仿照图27的证明易证明四色定理成立(接下).
特别地,如下图1和图2,当A与B两国和Q形成一个圈T且Q在圈内侧时,若T的外部有国家,仿照图27的证明易证明四色定理成立.若T的外部没有国家,分两种情形,当Q的五个邻国每一国的邻国个数都是五时,则Q的邻国被四国abcd或五国abcde“反向”包围,这时的证明同图40或图41情形的证明;当Q的五个邻国每一国的邻国个数不都是五时,这时的证明同情形“②Q的邻国中每一国的邻国个数不都是五”的证明.又如下图3,当A与B两国形成一个圈T且Q在圈外侧时,这时圈内必有国家,仿照图27的证明易证明四色定理成立.
二 说明
《探索四色定理的数学证法》从2018年8月19日发表至2019年12月28日,其间,作者对文中理论(证明)的所有关键和细节处(某数学院士称:对这样的问题,追求的应当是关键处的细节问题),又做过数十次的深入考究和仔细推敲,经过反复的肯定—否定—肯定,最终得以确定,这是最后补遗、校订或说明(除非专家能具体提出存在问题),文字等技术处理除外.下面依原文的次序说明所有存在的理论问题,但在这里都得到了解决.
(1)原文中存在的问题
①原文引理2的错误证明已改正,见7楼评论;
②引理3证明第一段的优化;
③关于引理3的初始值验证的补遗;
④图42的情形的证明中“若AB不是同一国,不相邻时”证明的优化;
⑤五构形中“(2)Q的邻国中有两国与Q形成圈”的补遗(7楼中的“其内部的每一国(至少有13国)不可能都是构形国(根据已证结论,连续形成一片的构形国至多12国)或不可能都是邻国个数不小六的国家(G存在不是边沿国的构形国Q),所以,其内部至少有一个邻国个数不小六的国家P与至少一个不是边沿国的构形国Q相邻,”这段论证繁琐,不够严谨.参考12国的五构形的结构,当国家个数n=11k+12(n∈N+)时,极易构造出无穷多个五构形,其中,邻国个数不小六的国家只有1个,它的邻国个数为5(k+1),且是边沿国之一.其余的n=11k+11国全是构形国).②③④⑤这些问题的解决均见本楼补遗相关证明.
(2)对原文的说明(本证明的核心理念和思想方法:1,提出并阐明了一组全新的完整的概念;2,彻底弄清了不是边沿国的“构形国”与其邻国的关系,以及这些邻国外部的周边结构和所有可能的各种关系,并且能保证这些关系在论证中适合各种构形的分类;3,为了减少分类种数及层次或证明某些情形等问题,专为“五构形”建立了三个引理;4,恰当的分类和分类的条件使问题变得清晰而简单,巧妙的利用两国或三国形成的圈使得着色和换色操作便捷)
①在证明四构形第二种情形前的“….☆(五构形)也如此不再述”的论述极为重要,这段论述的目的在于说明相关情形的证明可以“精简”,即在条件“Q的邻国中只有一国与Q至少有两条共同边界(形成一组圈,这组圈可以是一个圈)”下就能足以证明此时四色定理成立,所以对超过一国与Q至少有两条共同边界的情形,只需考虑一国与Q至少有两条共同边界即可(如图19).事实上,如果有Q的任意两个邻国A和B分别与Q形成圈T和H,显然,H在T内或T外,并且相互独立而互不干扰.即使有Q的两个邻国与Q形成圈S,S也在T内或T外.这样的思考和处理,并不影响我们讨论问题的完整性和严密性.对以下五构形,在这种情形下也是按此方法处理,不再赘述.
②涉及到图42和图43的各种情形的讨论是完整的,以图42为例,把A沿顺时针方向收缩,可成为图43的情形,再沿顺时针方向继续收缩,此边沿处就有Q的三个邻国甚至四个邻国成为边沿国,这是一种什么状态?那就是紧接着讨论的“Q的邻国有边沿国的位置至少有两处”!这是因为这些边沿国有五个邻国,不可能只有三个或四个邻国,此处必有分支!
③就本楼的五构形中“(2)Q的邻国中有两国与Q形成圈”的补遗,如果不仔细查看,可能会误认为是对图43所示情形遗漏的弥补或者是重复.实则不然,主要是它们各自的前提条件根本不同,且图43中的C、D、Q虽然两两相邻,但C、D不会形成圈,而这里“补遗”中的A、B、Q不仅两两相邻,且A、B形成圈,…;
④通过以上说明,作者认为四色定理的理论证明从理论上说已得到圆满解决.
注:期待相关领域的专家进一步审查、验证,有了以上说明,更便于审查、验证.
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