四色定理(1999/11/02)
在數學史上,有許多有趣的發現,這些發現看似簡單,可是卻往往難以解答!其中一個這類的問題,就是著名的『四色定理』。這個定理說什麼呢?先讓我們來了解一下:

四色定理:替所有想像得到的地圖著色,有共同邊相鄰的區域不同色的話,最多只需要四色!

好,現在就讓維尼哥哥先說個故事,再來講講這個定理的來龍去脈!

相傳,古時候有一個國王,臨終前留下一份遺囑,告訴五位王子,如果想各自立國的話,可以將國土分成五份,但是,每一小國都必須和其他四小國有共同的國界,否則不准分開!

國王去世後,五位王子急忙想分割國土,但是,不論怎麼分,就是無法達成國王的要求,讓每一小國都和其他四小國有共同的國界。

後來,一位大臣拿出一個錦囊,裡面放了一封國王親筆寫的信,內容說道:『親愛的王子們,我的遺囑是一道永遠也解不開的難題,我這樣要求是希望你們親密團結在一起,永遠不要分開。』

於是,王子們和睦共處,將國家共同治理得非常好。

這個故事不知是真是假,但是,故事裡可以知道:如果想將一個區域分成五小塊話,絕對不可能讓每一小塊都與其他小塊有共同邊。這表示什麼呢?這表示要替一個有五個區域的地圖著色的話,最多只需要四色就好了!

西元1852年,一位英國的業餘數學家弗朗西斯.格斯里閒來沒事,拿起色筆替一份英國的分郡地圖著色的時候,突然異想天開:『如果要替所有想像得到的地圖著色,而且有共同邊相鄰的區域都不同色的話,最多需要幾種顏色呢?』

這個問題流傳到數學界,許多數學家深入地思考與嘗試之後,發現找得到的例子裡,都只需要四種顏色就可以了!但是,這不夠,必須找出一種嚴謹的數學證明,可以涵蓋任何地圖才行。

到了1879年,當時英國的數學家肯普提出一份論文,似乎證明了這個『四色猜想』,而大家也都以為這個問題已經解決了。沒想到十一年後的1890年,數學家希伍德找出了肯普的錯誤,推翻了他的證明。但是希伍德自己卻證明出『五色定理』,也就是說最多不會超過五種顏色!

不過後來的進展就非常緩慢了!一直到了1970年,數學家才證明出所有少於三十九個區域的地圖,『四色猜想』是對的。

但是,如果有一千個區域,要等到哪一年才能證明出來呢?於是,有人從不同的方向著手,並成功地將無限多的地圖簡化成1482種基本圖。

問題是:每種基本圖的顏色組合,就幾乎已經等於無限多了,想要以人工來驗證這一千多種基本圖,根本是不可能的!

還好,電腦的出現,解決了這個難題!在1975年,數學家利用三台當時最先進的大型電腦,總共花了一千兩百小時的計算,分析驗證了1482種基本圖之後,終於證明成功,而使『四色猜想』正式成為『四色定理』!