18世纪,东普鲁士的哥尼斯堡(现今叫加里宁格勒,在波罗的海南岸)是一座景致迷人的城市,普勒格尔河横贯其境,并在这儿形成两条支流,把整座城市分割成4个区域(见图1):河的两岸(A:北区和C:南区),河中的岛(B:岛区)和两条支流之间的半岛(D:东区)。
当时有七座桥横跨普勒格尔河及其支流,把河岸、半岛和河心岛连接起来。有趣的桥群和哥尼斯堡城4区的迷人景色吸引了众多的游客。
图1
一天又一天,这7座桥上走过了无数的旅游者。不知从什么时候起,一个有趣的问题在居民中传开了:“一个旅游者在这里逍遥漫步时,能否从某个地方出发,穿过所有的桥各一次后再回到出发点?”
这个饶有兴趣的题目,吸引了许多人。活泼好动的游戏者,在桥上穿梭往来,不厌其烦地试验他们设想的每一条路线。脚力不济的老人,也在悠闲散步的同时,试验他们的方案。这问题甚至还打动了哥尼斯堡的大游戏者们,在课余之时,他们兴趣盎然地探讨各种方案。
可是,把全城人的智慧都加在一起,也没有找出一条合适的路线。哥尼斯堡的“七桥问题”竟成了一道著名的难题。
终于,有一天,在这难题前一筹莫展的哥尼斯堡的大游戏者们想到了一个人,他们决定写信去请教。就这样,这个难题摆到了彼得堡科学院的欧拉教授面前。
欧拉毕竟是数学家,他并没有去重复人们已多次失败了的试验,而是首先产生了一种直觉的猜想:许多人千百次的失败,也许意味着这样的走法根本就不存在。于是欧拉把七桥问题进行了数学的抽象。他是这样思考的:既然问题是要找一条不重复地经过7座桥的路线,而4块陆地无非是桥梁的连接点,那么,不妨把4块陆地看作是4个点,把7座桥画成7条线。七桥问题就简化为能否一笔画出这7条线段和4个交点组成的几何图形的问题了。
图2
欧拉的这个考虑非常重要,也非常巧妙,它正表明了数学家处理实际问题的独特之处——把一个实际问题抽象成合适的“数学模型”。这种研究方法就是“数学模型方法”。这并不需要运用多么深奥的理论,但想到这一点,却是解决难题的关键。
接下来,欧拉运用网络中的一笔画定理为判断准则,很快地就判断出要一次不重复走遍哥尼斯堡的7座桥是不可能的。也就是说,多少年来,人们费脑费力寻找的那种不重复的路线,根本就不存在。一个曾难住了那么多人的问题,竟是这么一个出人意料的答案!
1736年,欧拉在交给彼得堡科学院的《哥尼斯堡7座桥》的论文报告中,阐述了他的解题方法。他的巧解,为后来的数学新分支——拓扑学的建立奠定了基础。
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