关于四色定理,采用易经模型的超简洁证明
有了之前的论述,关于易经八元数系统(九元数系统),四元数系统(五行系统)等论述,
今天我们就采用四元数系统的变换原理,来证明世界难题:四色定理,
四色定理(世界近代三大数学难题之一),又称四色猜想、四色问题,是世界三大数学猜想之一。
地图四色定理(Four color theorem)最先是由一位叫古德里(Francis Guthrie)的英国大学生提出来的。
四色问题的内容是“任何一张地图只用四种颜色就能使具有共同边界的国家着上不同的颜色。”
也就是说在不引起混淆的情况下一张地图只需四种颜色来标记就行。
用数学语言表示即“将平面任意地细分为不相重叠的区域,
每一个区域总可以用1234这四个数字之一来标记而不会使相邻的两个区域得到相同的数字。”
这里所指的相邻区域是指有一整段边界是公共的。
如果两个区域只相遇于一点或有限多点就不叫相邻的。因为用相同的颜色给它们着色不会引起混淆。
四色定理的本质正是二维平面的固有属性,即平面内不可出现交叉而没有公共点的两条直线。
很多人证明了二维平面内无法构造五个或五个以上两两相连区域,但却没有将其上升到逻辑关系和二维固有属性的层面,以致出现了很多伪反例。
不过这些恰恰是对图论严密性的考证和发展推动。计算机证明虽然做了百亿次判断,终究只是在庞大的数量优势上取得成功,这并不符合数学严密的逻辑体系,至今仍有无数数学爱好者投身其中研究。
到目前为止,四色定理的最终证明是通过计算机完成的。
还没有一种简洁的证明这个简单的原理:任何一张地图只用四种颜色就能使具有共同边界的国家着上不同的颜色。
今天我们就介绍一种简洁的证明方法,其过程如下:(估计3张A4纸就够了。)
第一步:地图上国家的拓扑化,
如果整张地图只有4个国家,包括4个以下的国家,不需要证明。
为了简明证明过程,我们直接证明五个以及五个以上国家的地图着色问题。
首先,我们对任一张指定的地图,设定他们是空白的,没有着色,
我们对这些国家进行拓扑变化,把每个国家变成一个一个独立的点,分散铺在平面上。
我们经常看到的国家是这样的,如图:
经拓扑变换后,地图都只是一个个点,相邻的国家就有连线,不相邻国家就没有连线,如图:
把相邻国家进行连线后,可以进一步拓扑化成这样:
第二步:确定平面上的坐标系,
根据平面的二维特性,二元有理数(x,y)可以表达整个平面上的任一个点,
也就是说,每一个点的坐标,都可以通过坐标轴X轴、Y轴上的数值来表达。
了解到,地图国家之间,着色问题就是一个状态的问题,我们把问题进一步建模,
一个国家代表一种状态,考虑到坐标轴的二元形状,从一个国家,到另外一个相邻的国家,
从一种状态到达另外一种状态,一旦越界,我们就认为发生了变化,我们把这些国家的点进一步拉伸到对应在数轴上的整数点位置。
他的变化只有以下情形:
(1)到达相邻国家,x轴上的数值变化奇数次,或者变化偶数次(0不动,也归属于偶数次),
(2)到达相邻国家,y轴上的数值变化奇数次,或者变化偶数次(0不动,也归属于偶数次),
假定,原点设定为初始状态的国家,那么,相邻的国家可能的情形如下图:
我们给它定义为(x,y),其中:x,y=n,n为任意整数值。
到这个时候为止,为了简便证明过程,我们把地图安放在第一象限,
那么所有国家的状态只有以下四种:(奇数,奇数),(奇数,偶数),(偶数,奇数),(偶数,偶数),
第三步:构造一个四元变化系统,
为了方便,我们采用四元数系统的四元数标识:
那么,四元数系统就构造起来了,
证明过程:
第一,我们证明一个国家到达另外一个国家,必定是这四种状态中的一种,
反证法,如果存在第五种状态,这个国家必然不存在这个地图上。
因为经过拓扑变化,所有国家的状态都变成了:(整数,整数),
这样只有四种情形:(奇数,奇数),(奇数,偶数),(偶数,奇数),(偶数,偶数),
第二,一个国家到另外一个国家,状态必然发生变化,
如果不发生变化,那么要么原步不动,要么那个和初始国家状态一样的国家,不和初始国家相邻。
因为每到一个相邻国家,X轴,Y轴上的变化,只发生一次,如果变回原来的状态,意味着不变或者不相邻,
到这里,就完全证明,一个国家到另外一个过,必然发生一直变化,而且是必定变换到四元数系统里面的一个其他因子(另外三个因子的其中一种)。
一旦越界,必然变化,而且只能是四种状态互相变化。
而且,所有国家的状态,都只能是四元数系统的四个因子:
其中的任一种。
越过地图边界状态必然变化,变化有且只有三种,如果自己变化成自己,这种变化是不相邻的。
然后,把四种状态分别对应换成四种颜色,那么四色定理,证明完毕!
推论1:
任何一个立体空间中的子空间区域,只用8种颜色就能使具有共同边界的子空间区域着上不同的颜色。
采用八元数系统,这个是在三维立体空间的推论。
推论2:
我们都在讨论四维时空,或者说四维时空,对于一个四维超空间,边界问题是16种不同的颜色就足够了。
也就是四维超空间,有十六种状态。
推论3:
一直到六维超空间,(我们的研究结果是六维度标准时空)采用的着色问题是64种颜色。
到了这里,大家应该不陌生,就是六爻位对应的六十四卦模型。其实,古人说的八卦真的不玄乎,在说真正的科学,说很实在的数学模型。
后记:
这些推论,不知道具体的应用广泛程度,但是在超级计算机阵列问题,提高运算速度,和多维度计算,肯定是用得上。
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拓扑图,每越过边界一次,变动一次,可以看成一个奇数,偶数组合。
设定起点国家状态的坐标(0,0),因为是经过拓扑,所有国家都在离散的整数点上,
(0,0)起点国家,一旦越过边界,则最多出现三种情形(0,1),(1,0),(1,1),
因为所有国家都在拓扑的格子点上,纵轴变换,横在变换,纵横轴都变换,三种情况。









我们对一个普通复杂程度的拓扑图,做一个规矩变换,
定义规矩换,任何一张平面拓扑图,都存在一个变换,把拓扑点规矩到平面坐标图上的整数点,而且相邻之间的点的距离为(0,1),(1,0),(1,1),三种情况,纵横轴上,至少存在一个变换,而且只能变换一次。
把拓扑图上的蓝点标识记号,
做规矩变换后成为下面的图,
从较为复杂的6,作为起点,
规矩图思路。
把平面上的国家,拓扑好之后,根据相隔特征,标记为(变1,变1);(变1,变n);(变m,变1)
,如果出现(变2,变2);(变2,变s);(变t,变2),其中n,m,s,t≥2,
可以证明这些点与目标点不相邻,因为根据特征变量,相邻特征,
目标点A与EFG,至少相隔一个点,
同理,可以证明X(变k1,变k2);Y(变k3,变k4);Z(变k5,变k6),其中k1,k2,k3,k4≥2,
目标A点与点X,点Y,点Z,至少相隔一个点。
我们把点A(x,y)与点B(变1,变1);点C(变1,变n);点D(变m,变1),进行变换,并且做穷尽列举,如下:
指定点A(0,0),那么点B(1,1);点C(1,n);点D(m,1),n,m∈Z+,0和正整数的并集。
这样看起来,点D和点D有无限多种可能。
根据正整数的特征,我们继续做变换。
令
A(偶数,偶数),那么点B(奇数,奇数);点C(奇数,n);点D(m,奇数),n,m∈Z+,0和正整数的并集。
经过变换后,其实点C只有两种情况,
点C(奇数,奇数)和(奇数,偶数);
点D(奇数,奇数)和(偶数,奇数);
点B、C、D,虽然有五种情况,其实是可约的,最后剩下三种情况。
再作变幻:
另奇数=a,偶数=b;ABCD四点特征如下:
(a,a);(a,b);(b,a);(b,b),
我们可以吧这个问题等价于四象:少阴,少阳,老阴,老阳。
所以,也叫做是四色定理的四象证明法。
别光说不练,我们就演示一个复杂的四色着色过程,定其中一点是(0,0),然后开始开练。
......
推论,在立体空间,可以给子空间着色,只需要八种颜色,就可以使他们相邻的子空间,颜色不同。
其实,可以推论到n维度空间,已经不神秘了,
就是n维空间的子空间上色定理,只需要2的n次方就可以了。
用易经来证明四色定理,关键在于利用拓扑变幻,还要把一个元素按照所在平面(空间)做矢量分解,这样就可以把复杂的问题,降维到简单的问题来看待。
把二维的问题,拆分成独立的两个一维矢量的组合问题。
关于四色的推论到n维空间的情形,在芯片设计,多层线路板设计,有广泛的应用。
最新四色证明过程:
首先,我们知道易经中有,太极生两仪,两仪生四象,四象生八卦,八卦生六十四卦。
原话出自《易传·系辞上传》的第11章,原文为:“是故,易有太极,是生两仪,两仪生四象,四象生八卦,八卦定吉凶,吉凶生大业。”
今天我们不是用卦辞来定吉凶,是用来构建数学模型的。
原模型如下图(从下往上看):
我们整理如下:
无极:0;(是宇宙虚空,原始物质)
太极:1;(混沌不分,包含阴阳在里面,阴阳未分)
两仪:1,-1;(阳用1表示,阴用-1表示)
四象:太阴(-1,-1);少阴(-1,1);少阳(1,-1);太阳(1,1);注明:按照爻位从下往上看;
八卦:乾卦(1,1,1);兑卦(1,1,-1);离卦(1,-1,1);震卦(1,-1,-1);巽卦(-1,1,1);坎卦(-1,1,-1);艮卦(-1,-1,1);坤卦(-1,-1,-1);注明:按照爻位从下往上的顺序,这里只用到四象模型。
以上,把八卦做一个数理模型的变换,先放在这里,等下要用到。
我们在看看著名的地图四色问题,也叫四色定理,现在通过计算机配合,基本完成证明,有解的世界难题。
四色定理(世界近代三大数学难题之一),又称四色猜想、四色问题,是世界三大数学猜想之一。
地图四色定理(Four color theorem)最先是由一位叫古德里(Francis Guthrie)的英国大学生提出来的。
四色问题的内容是“任何一张地图只用四种颜色就能使具有共同边界的国家着上不同的颜色。”
也就是说在不引起混淆的情况下一张地图只需四种颜色来标记就行。
首先我们要把一般情况的地图做拓扑处理,我们看到的地图一般情况是这样的,如下图:
把这些国家当做一个有一个的点,相邻的国家有连线,不相邻的国家没有连线,那么地图上的国家就变成以下的情形了。
把这些点,进行连线,是很复杂的工程。下图不知道有没有遗漏,
在证明平面上,一般情形之前,要先证明球体上有四个国家的特例,还有五个国家的特例。
(1)地球上有且只有四个国家,且两两相连,无须证明,每个国家单独上一种颜色就可以使相邻的国家颜色不同;
(2)地球上有且只有五个国家,
这种情形,有多种证明方法,假设这五个国家各自两两相连,那么有一个国家会跑到地球外部,或者跑到地球内部去了,显然不合命题的条件。
现在开始证明普遍情形的地图平面上的国家情形,国家个数至少大于等于6个。
我们把上面的国家相邻情况的地图,进一步做拓扑,如下:
我们固定住任意一个指定的国家,按照太极生两仪的法则,把国家的状态进行二分,
令指定国家A状态为:(固定,固定);
考虑到拓扑平面上,只有两个维度,所以,拓扑平面上的点(x,y)是最简形式,不可再约;
那么在作拓扑变换后的地图,我们定义一种算法,就是相邻的国家,状态变换1次,其数值增加1,
相对A(固定,固定),地图上的任一国家的状态值为:(变n,变m);其中,n,m∈0和正整数集的并集;
只有且仅有在国家状态值为(变0,变0)时候,这个国家为A本身。
说明:地图上所有国家的状态,只能通过与国家A的相隔位置来体现;
那么,与国家A相邻的国家只能是以下的情形:
第一种情形:国家状态B(变1,变1);
第二种情形:国家状态C(变1,变n);
第三种情形:国家状态D(变m,变1);
如果出现国家状态E(变2,变2);国家状态F(变2,变s);国家状态G(变t,变2)时,其中n,m,s,t≥2,
可以证明国家E、F、G与目标国家A不相邻,因为根据特征变量,相邻特征,
国家状态E、F、G的特征值里面,至少有一个变量是变1,才合乎相邻的特征,
同理,可以证明X(变k1,变k2);Y(变k3,变k4);Z(变k5,变k6),其中k1,k2,k3,k4,k5,k6≥2,
目标A点与点X,点Y,点Z,至少相隔一个点,也就是说A与X、Y、Z都不相邻。
我们把点A(x,y)与三大类相邻点进行分析,初步看,点B是一个点,点C、点D可能包括了无数个点;
我们把点B(变1,变1);点C(变1,变n);点D(变m,变1),进行变换,并且做穷尽列举,如下:
在点A(固定,固定)的状态下,有点B(变1,变1);点C(变1,变n);点D(变m,变1),n,m∈Z+,0和正整数的并集。
这样看起来,点C和点D有无限多种可能。
根据正整数的特征,我们继续做变换。
令:
A(偶数,偶数),那么点B(奇数,奇数);点C(奇数,偶数+n);点D(偶数+m,奇数),n,m∈Z+,0和正整数的并集。
经过变换后,其实点C和点D各自有且只有两种情况,如下:
点C(奇数,奇数)和(奇数,偶数);
点D(奇数,奇数)和(偶数,奇数);
包括点B(奇数,奇数);
点B、C、D,一共有五种情况,其实是可约的,最后剩下三种情况:B(奇数,奇数);点C中的一种情况(奇数,偶数),点D中的一种情况(偶数,奇数);
情况已经逐步明朗,为了直观,我们进一步做变换,如下:
令奇数=a,偶数=b;那么,点A、B、C、D四点状态特征如下:
(a,a);(b,b);(a,b);(b,a),
我们可以吧这个问题等价于四象:少阴,少阳,老阴,老阳。其中:太阴(-1,-1);少阴(-1,1);少阳(1,-1);太阳(1,1);
所以,也叫做是四色定理的四象证明法。
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别光说不练,我们就演示一个复杂的四色着色过程,定其中一点是(a,a),然后开始开练。
以下图为例,是比较复杂的情形:
很快速就定位出来四种不同的状态,如下图:
四色定理的推论,在立体三维空间,可以给子空间着色,只需要八种颜色,就可以使他们相邻的子空间,颜色不同。
其实,可以推论到n维度空间,已经不神秘了,
就是n维空间的子空间上色定理,只需要2的n次方就可以了。
用易经来证明四色定理,关键在于利用拓扑变幻,还要把一个元素按照所在平面(空间)做矢量分解,这样就可以把复杂的问题,降维到简单的问题来看待。
把二维的问题,拆分成独立的两个一维矢量的组合问题。
关于四色的推论到n维空间的情形,在芯片设计,多层线路板设计,有广泛的应用。
四色定理的宇宙流证明方法(新二)
(2007-01-27 22:23:30)资料来源: 链接