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四色定理证明

时间:2011-11-11

来源:互联网

今天想到了一个证明四色定理方法,不知道是否正确,求鉴定。
(pdf版:http://download.csdn.net/detail/luuillu/3784517)


引理1: 对于可平面的简单图G=(n, m),m<=3n-6,m是图的边数n是图的顶点数。
证明:参见图论。

引理2.设图G的度数为d,则d=2m<=6n-12<6n。 因此可平面的简单图中必有度数小于等于5的顶点。
证明: 反证法即可证明。

引理3.若向平面图G中添加若干条边后可用四种颜色着色,那么原图也可以用四种颜色着色。 此命题显然成立,直接把添加的边删去即可。

四色定理:对可平面的简单图G=(n, m)的各个顶点进行着色,最少只需要四种颜色,即可使图中相邻顶点的颜色不同。

证明:
1。当n<=4时,定理显然成立。
2.假设n<=k时定理成立,即对于不超过k个定点的平面图,用四种颜色可以完成着色,下面证明当n=k+1时,命题成立:

由引理2可知,G中必然存在度数小于等于5的顶点,找到这样的顶点A,设顶点A的度数为d(A),1<=d(A)<=5.
(1)若d(A)<=3,则先将图G中的顶点A去掉,的到图G', G'有K个顶点,由归纳假设得G'可以用四种颜色完成着色,然后在把顶点A添加到G'中,恢复出图G,接着对A进行着色,由于d(A)<=3,因此可以直接对A进行着色。
(2)
若d(A)=4,则G中有四个顶点与A相邻,设这四个顶点为B,C,D,E。由于五个顶点的完全图不是平面图,因此B,C,D,E中至少有两个点是不相邻的,假设CE不相邻,如图1所示(若实际情况与图一不同则可以向G中添加若干条边转化成图1)
 
  图1 G
先将图G中的顶点A去掉,然后添加新边CE得到图2
 

图2
将图2中的CE边收缩,使CE合并为一点。得到G ' ,如图三
 
 
图3 G'
G'中所含有的顶点数为K-1,由归纳假设可知,G'可以用四种颜色完成涂色。涂色完毕后将G’还原成图2,然后去掉CE边,接着把点A添加到图中可以得到G,此时,与A相邻的顶点只涂了三种颜色,只要给A涂第四种颜色即可。

(3)若d(A)=5.则A与5个顶点相邻,如图4所示(若实际情况与图4不同则可以向G中添加若干条边转化成图4)。
 

图4 G
为了给G着色,首先将顶点A去掉,然后添加新边BE,如图五所示: 
 

图5
然后将BE收缩为一点,得到图六:
 

图6
然后连接DF,接着将DF收缩为一点,可得到图七,即G':
 
 
图七
此时G'中包含k-2个顶点,由归纳假设可知,G’可以用四种颜色完成着色,着色完毕后可以按以上相反的顺序恢复出原图G,此时在图G中,与A相邻的五个顶点只用了三种颜色,因此只需给A涂第四种颜色即可完成着色。
证明完毕。


作者: luuillu   发布时间: 2011-11-11

大牛! 能否设计一个算法和程序来对任意图进行四着色?

作者: adamant01   发布时间: 2011-11-11

我发现错误了,结贴。

作者: luuillu   发布时间: 2011-11-12

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