自然科学名家名作中的为什么
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欧拉的《拓扑与网络》与哥尼斯堡的七座桥有什么联系?

《拓扑与网络》是欧拉在1736年所写的一部名著。它的出版,标志着一个新的数学分支——拓扑学的创立。

哥尼斯堡是欧洲东普鲁士的首府。普雷格尔河横贯哥尼斯堡城中,河中有两个小岛,共有七座桥将河的两岸和小岛连接起来。

很早以来,城中的居民就热衷于这样一个有趣的问题:能不能一次走遍7座桥,而道路不重复?他们想了很久,也试过多次,都没有结果,于是就向当时数学界的中心人物欧拉求教。

1736年,29岁的欧拉向圣彼得堡科学院递交了一篇叫做《哥尼斯堡的七座桥》的论文,文中给出了他证明的结果:不可能不重复地一次走遍。并且,欧拉从这个问题中得到启发,写出了一本著作《拓扑与网络》,创立了一个新的数学分支——拓扑学。

欧拉是怎样解决这个问题的呢?

欧拉没有到过哥尼斯堡,更不去盲目的乱试,因为如果把经过这7座桥所有可能路线都试一下的话,共有5040种路线。聪明的欧拉将哥尼斯堡七桥问题抽象成一个图,即把用河隔开的4块区域缩成4个点,使7座桥变成4个点间、7条线段组成的图,因而七桥问题就变成了这个图能否一笔画成的问题。

欧拉知道,一个图能否一笔画成,依赖于点和线的数目。连到一点的线段数目如果是奇数条,他就称为奇点,如果是偶数条就称为偶点。欧拉通过分析得出:要想一笔画成,图中的中间点必须均是偶点,也就是有来路必有另一条去路,奇点只可能在两端,也就是说,奇点的数目不是0就是2个,否则不能一笔画成。

比如,一笔能否画出“田”或“串”字,我们可以变换成下面的图形:

我们可以看到,点1到点4都是奇点,一笔画出“田”字是行不通的。点5到点8都是偶点,一笔画出“串”字就简单极了。

再看哥尼斯堡的七桥问题,欧拉的简图上A、B、C、D4个点均为奇点,因此,不可能一笔画成,因而也不可能不重复地一次走遍。