四色猜想
四色猜想是世界近代三大數學難題之一。它是由英國的弗南西斯·格思裏首先提出的。
1852年格思裏從倫敦大學畢業後,來到一家科研單位搞地圖著色工作。細心的他發現:在一幅正規地圖中,凡是有共同邊界的國家,都可以最多隻用四種顏色著色,就能把這些國家區別開來。他把這個有趣的現象寫信告訴了在大學讀書的弟弟。兄弟倆想從數學上加以嚴密論證,但是二人苦思冥想了很長時間,論證的草稿堆了一大堆,仍然毫無頭緒。
弟弟隻好請教他的老師、著名數學家德·摩爾根,摩爾根經過研究也沒有找到解決這個問題的途徑,但也不能否認它。於是他寫信向自己的好友、著名數學家哈密爾頓爵士請教。哈密爾頓接到摩爾根的信後,很感興趣,他決心對四色問題進行論證。但直到1865年哈密爾頓逝世為止,問題也沒有能夠解決。於是這個問題便以“四色猜想”的名字留在了近代數學史上。
著名的英國數學家凱利把“四色猜想”通報給倫敦的數學學會會員,征求解答。數學界頓時活躍起來,很多人躍躍欲試,想證明自己的能力。
著名的律師兼數學家肯普宣布證明了四色猜想並提交了論文。緊接著,泰勒兩人也提交了證明四色猜想的論文,宣布證明了四色定理。至此,人們以為四色定理的問題已經解決,很少有人過問。然而還有一個數學家赫伍德,並沒有放棄對四色問題的研究,他花費了畢生的精力致力於四色研究,前後整整60年。終於在19世紀末,也就是肯普宣布證明了四色定理的11年之後,赫伍德發表文章,指出了肯普證明中的錯誤。不久,泰勒的證明也被人們否定。四色猜想的論證又陷入不可知的狀態。
人們意識到四色猜想並不是那麼簡單的問題。許多科學家在前輩研究的基礎上又開始了四色猜想的證明,美國數學家富蘭克林證明了22國以下的地圖都可以用四色著色。11年後,有人從22國推進到35國。10年後,有人又證明出39國;隨後又推進到了50國。然而,這種證明的推進十分緩慢。
計算機的發明給四色猜想的論證帶來了希望。美國數學家阿佩爾與哈肯,在美國伊利諾斯大學的3台不同的電子計算機上,用了1200個小時,作了100億判斷,終於完成了四色定理的證明。四色猜想的計算機證明,轟動了世界。雖然四色定理本身沒有什麼突出的理論價值和實際價值,但是它解決了一個曆時一百多年的難題,而且有可能成為數學史上一係列新思維的起點。但是不少數學家並不滿足於計算機取得的成就,他們仍在努力地尋找一種簡潔明快的書麵證明方法,使四色猜想的論證更加完美。我們期待著那一天的到來。
地圖上的四種顏色就可以把不同的國家區別出來,看似簡單的四色猜想至今卻沒有人能完全證明,數學問題是多麼深奧呀!還有更多有趣的數學問題等待我們去發現。
費馬猜想
“費馬猜想”通常也叫做“費馬大定理”或“費馬最後定理”。它是17世紀法國卓越的數學家費馬提出的。
費馬生於法國,自幼就受到良好的教育。他少年時代,聰明好學、才思敏捷,尤其對數學表現出了極其濃厚的興趣。
但是由於家庭關係,費馬在大學裏攻讀的是法律,畢業後當上了律師,後來做了官。他業餘時間博識廣聞、飽覽群書,由於他精通數學,因而被譽為“業餘數學家之王”。
費馬有個“不動筆墨不讀書”的習慣,讀書時愛在書上勾勾畫畫,圈點批注,抒發見解與議論。
一天,費馬在閱讀古希臘大數學家丟番圖的《算術》一書時,在書頁邊的空白處寫下了一段話。曆史上戲稱這個定理叫做“書頁邊上的定理”,即:
“任何一個數的立方不能分解為兩個立方之和;任何一個數的四次冪不能分解為兩個四次冪之和;更一般的,除二次冪外,兩個數的任何次冪的和都不可能等於第三個具有同次冪的數。”
費爾馬的這段筆記,用數學語言表達,就是:形如an+bn=cn的方程,當n>2時,不可能有正整數解。這就是有名的“費馬大定理”或“費馬猜想”。
接著他又寫下了附加的評注:“我對此命題有一個十分絕妙的證明,這裏空白太小,寫不下。”這就是說,費馬認為他證明了上麵的結論。事實上,人們遍尋費馬的手跡,並沒有發現這一“絕妙的證明”,而隻看到對於n=4的情形的證明。
費馬逝世後,由於一直找不到這個猜想的證明,於是引起了許多數學家的興趣。如萊布尼茨、歐拉、高斯、阿伯爾、狄利克星、柯西以及庫莫爾等著名數學家都試證過,均沒有得到普遍的證明。
具體說來,n=4的情形除了費馬本人已有證明外,萊布尼茨和歐拉也給出了它的證明。18世紀60年代,歐拉又證明了n=3時不定方程沒有正整數解;還有71歲高齡的老數學家勒尚德和年僅20歲的青年數學家狄利克星均各自證明了當n=5時的費馬猜想。