哥尼斯堡七桥问题

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  请你做下面的游戏:一笔画出如图1的图形来.规则:笔不离开纸面,每根线都只能画一次.这就是古老的民间游戏——一笔画.
  这个问题看起来似乎很简单,然而许多人作过尝试始终没有能找到答案.因此,一群大学生就写信给当时年仅20岁的大数学家欧拉.欧拉从千百人次的失败,以深邃的洞察力猜想,也许根本不可能不重复地一次走遍这七座桥,并很快证明了这样的猜想是正确的.欧拉是这样解决问题的:既然陆地是桥梁的连接地点,不妨把图中被河隔开的陆地看成4个点,7座桥表示成7条连接这4个点的线,如图4所示.
  于是“七桥问题”就等价于图5中所画图形的一笔画问题了.欧拉注意到,如果一个图能一笔画成,那么一定有一个起点开始画,也有一个终点.图上其他的点是“过路点”——画的时候要经过它.
  现在看“过路点”具有什么性质.它应该是“有进有出”的点,有一条边进这点,那么就要有一条边出这点,不可能是有进无出,如果有进无出,它就是终点,也不可能有出无进,如果有出无进,它就是起点.因此,在“过路点”进出的边总数应该是偶数,即“过路点”是偶点.
  如果起点和终点是同一点,那么它也是属于“有进有出”的点,因此必须是偶点,这样图上全体点都是偶点.
  如果起点和终点不是同一点,那么它们必须是奇点,因此,这个图最多只能有两个奇点.
  现在对照七桥问题的图,所有的顶点都是奇点,共有四个,所以这个图肯定不能一笔画成.
  欧拉对“七桥问题”的研究是图论研究的开始,同时也为拓扑学的研究提供了一个初等的例子.
  事实上,中国民间很早就流传着这种一笔画的游戏,从长期实践的经验,人们知道如果图的点全部是偶点,可以任意选择一个点做起点,一笔画成.如果是有两个奇点的图形,那么就选一个奇点做起点以顺利地一笔画完.可惜的是,古时候没有人对它重视,没有数学家对它进行经验总结,以及加以研究.
  今天学习欧拉的成果不应是单纯把它作为数学游戏,重要的是应该知道他怎样把一个实际问题抽象成数学问题.研究数学问题不应该“为抽象而抽象”,抽象的目的是为了更好地、更有效地解决实际产生的问题,欧拉对“七桥问题”的研究就是值得我们学习的一个样板.
  (作者单位:江苏省南师附中江宁分校)
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