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什么是哥尼斯堡七桥问题?

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跟着孩子学习学而思,看到了这个"哥尼斯堡七桥问题",还是有些意思的,我们上学都学过,但对于它的背景,没太深入了解,由此可以看出,课本上的知识,都可以和实际关联起来,做到学以致用。

问题背景

  • 城市布局

    哥尼斯堡曾是东普鲁士的首府,现称加里宁格勒,位于俄罗斯境内 。城中有一条布勒格尔河横贯,河有两条支流,在城中心汇合成一条主流,合流处有一座河心岛,这使得全城分为四个地区:岛区、北区、东区和南区。
  • 桥梁分布

    布勒格尔河上共架了七座桥,其中五座将河岛与河岸连接起来,另有两座架在二支流上。

问题提出

追溯到18世纪,有人提出这样的问题:能否在一次散步中每座桥都走一次,而且只能走一次,最后又回到原来的出发点。

问题解决

  • 欧拉的研究

    1735年,几名大学生写信给在俄国彼得堡科学院任职的天才数学家欧拉,请他帮助解决。欧拉经过一年的研究,1736年向彼得堡科学院递交了题为《哥尼斯堡的七座桥》的论文,不仅圆满解决了这一问题,还开创了数学的新分支 —— 图论
  • 解决思路

    欧拉将每一块陆地考虑成一个点,连接两块陆地的桥以线表示。若分别用 A、B、C、D四个点表示哥尼斯堡的四个区域,"七桥问题"便转化为是否能够用一笔不重复地画出过此七条线的问题。他指出,对于一个能够不重复一笔画出的连通图,所有的点一定都是偶点(进入和离开该点的线的数量为偶数),而在七桥问题所抽象出的图形中,A、B、C、D四个点的度数(与该点相连的线的数量)分别是5、3、3、3,都是奇数,所以该问题无解。

重要意义

  • 数学领域

    七桥问题的解决标志着图论这一数学分支的诞生,为数学研究提供了新的方向和方法,推动了组合数学、拓扑学等领域的发展。
  • 实际应用

    在实际生活中,图论被广泛应用于计算机科学、网络设计、交通运输、物流配送等领域,如优化网络线路、规划物流配送路线、解决城市交通拥堵等问题。

哥尼斯堡七桥问题,展示了如何将实际问题转化为数学模型,运用抽象的数学方法进行分析和解决,为解决其它复杂的实际问题提供了一种重要的思路和方法,对数学思维的发展产生了深远的影响。

欧拉解决哥尼斯堡七桥问题的论文原文为《Solutio problematis ad geometriam situs pertinentis》,1741年发表在《Commentarii academiae scientiarum Petropolitanae》杂志上。该论文的英文翻译可从詹姆斯・R・纽曼(James R. Newman)所编的《The World of Mathematics》中找到。


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