如果一个图形可以用笔在纸上连续不断而且不重

复地一笔画成,那么这个图形就叫一笔画。显然,在下面的图形中,(1)(2)不能一笔画成,故不是一笔画,(3)(4)可以一笔画成,是一笔画。

同学们可能会问:为什么有的图形能一笔画成,有的图形却不能一笔画成呢?一笔画图形有哪些特点?关于这个问题有一个著名的数学故事——哥尼斯堡七桥问题。哥尼斯堡是立陶宛共和国的一座城市,布勒格尔河从城中穿过,河中有两个岛,18世纪时河上共有七座桥连接A,B两个岛以及河的两岸C,D(如下图)。

所谓七桥问题就是:一个散步者要一次走遍这七座桥,每座桥只走一次,怎样走才能成功?

当时的许多人都热衷于解决七桥问题,但是都没成功。后来,这个问题引起了大数学家欧拉(1707-1783)的兴趣,许多人的不成功促使欧拉从反面来思考问题:是否根本就不存在这样一条路线呢?经过认真研究,欧拉终于在1736年圆满地解决了七桥问题,并发现了一笔画原理。欧拉是怎样解决七桥问题的呢?因为岛的大小,桥的长短都与问题无关,所以欧拉把 A,B两岛以及陆地C,D用点表示,桥用线表示,那么七桥问题就变为右图是否可以一笔画的问题了。

我们把一个图形上与偶数条线相连的点叫做偶点,与奇数条线相连的点叫做奇点。如下图中,A,B,C,E,F,G,I是偶点,D,H,J,O是奇点。

欧拉的一笔画原理是:

(1)一笔画必须是连通的(图形的各部分之间连接在一起);

(2)没有奇点的连通图形是一笔画,画时可以以任一偶点为起点,最后仍回到这点;

(3)只有两个奇点的连通图形是一笔画,画时必须以一个奇点为起点,以另一个奇点为终点;

(4)奇点个数超过两个的图形不是一笔画。

利用一笔画原理,七桥问题很容易解决。因为图中A,B,C,D都是奇点,有四个奇点的图形不是一笔画,所以一个散步者不可能不重复地一次走遍这七座桥。

顺便补充两点:

(1)一个图形的奇点数目一定是偶数。

因为图形中的每条线都有两个端点,所以图形中所有端点的总数必然是偶数。如果一个图形中奇点的数目是奇数,那么这个图形中与奇点相连接的端点数之和是奇数(奇数个奇数之和是奇数),与偶点相连的线的端点数之和是偶数(任意个偶数之和是偶数),于是得到所有端点的总数是奇数,这与前面的结论矛盾。所以一个图形的奇点数目一定是偶数。

(2)有K个奇点的图形要K÷2笔才能画成。

例如:下页左上图中的房子共有 B,E,F,G,I,J六个奇点,所以不是一笔画。如果我们将其中的两个奇点间的连线去掉一条,那么这两个奇点都变成了偶点,如果能去掉两条这样的连线,使图中的六个奇点变成两个,那么新图形就是一笔画了。将线段GF和BJ去掉,剩下I和E两个奇点(见右下图),这个图形是一笔画,再添上线段GF和BJ,共需三笔,即( 6 ÷2)笔画成。

一个K(K>1)笔画最少要添加几条连线才能变成一笔画呢?我们知道K笔画有2K个奇点,如果在任意两个奇点之间添加一条连线,那么这两个奇点同时变成了偶点。如左下图中的B,C两个奇点在右下图中都变成了偶点。所以只要在K笔画的2K个奇点间添加(K-1)笔就可以使奇点数目减少为2个,从而变成一笔画。

到现在为止,我们已经学会了如何判断一笔画和多笔画,以及怎样添加连线将多笔画变成一笔画。

练习28

1.下列图形分别是几笔画?怎样画?

2.能否用剪刀从左下图中一次连续剪下三个正方形和两个三角形?

3.从A点出发,走遍右上图中所有的线段,再回到A点,怎样走才能使重复走的路程最短?

4.如下图所示,两条河流的交汇处有两个岛,有七座桥连接这两个岛及河岸。问:一个散步者能否一次不重复地走遍这七座桥?