一筆畫問題4——哥尼斯堡8橋問題

之前我們講了哥尼斯堡七橋問題

一筆畫問題4——哥尼斯堡8橋問題

這個問題最後被偉大的大數學家歐拉解決了。


他證明出這七座橋永遠不可能一次性不帶重複的走完。


後來我們又計算出:


如果只走其中的6座橋(不帶重複一次性走完),一共有256種走法。


今天我們計算一下:


如果允許重複走其中的一座橋,要把七座橋全部走完有多少種走法?


下面帶大家一起解決它。

(下文所說的走法指的是不帶重複一次性走完圖中所有線路的走法)


首先,我們要明白這幾個事實。


一、允許重複走其中的一座橋相當於在這座橋的邊上再建一座橋,起點和終點不變,為什麼要這樣理解?為了看起來直觀、方便記數。


二、理論上來說,七座橋都可以重複走一次,因此有7種建橋的方法。但是實際上可以濃縮成3大種,因為有些情況是重複的,具體如下:


①(中間線,一種情況,無重複)

一筆畫問題4——哥尼斯堡8橋問題

②(右上和右下,二種重複情況,記數×2)

一筆畫問題4——哥尼斯堡8橋問題

③(左邊四座橋,四種重複情況,記數×4)

一筆畫問題4——哥尼斯堡8橋問題

因此,一會兒我們把①②③的記數分別求出來,


然後①+②×2+③×4,就可以得到最終結果了。


但是在這之前,我們還是要從簡單的圖形入手。


【1】下圖中,從A到B有4種走法。

(2×2=4)

一筆畫問題4——哥尼斯堡8橋問題

【2】下圖中,從A到B有6種走法。

(3×2=6)


一筆畫問題4——哥尼斯堡8橋問題

【3】下圖中,從O到O有8種走法。

(2×4=8)

一筆畫問題4——哥尼斯堡8橋問題

下面,我們要進階一步。


【4】下圖中,從A到B有16種走法。

(1×4+2×6=16)(4是【1】的4,6是【2】的6)

一筆畫問題4——哥尼斯堡8橋問題

【5】下圖中,從O到O有16種走法。

(2×8=16)(8是【3】的8)

一筆畫問題4——哥尼斯堡8橋問題


【6】下圖中,從O到O有48種走法。

(6×8=48)(8是【3】的8)

一筆畫問題4——哥尼斯堡8橋問題

【7】下圖中,從A到B有24種走法。

(3×8=24)(8是【3】的8)

一筆畫問題4——哥尼斯堡8橋問題

下面,我們再進階一步。


【8】下圖中,從A到B有64種走法。

(24×2+16=64)(24是【7】的24,16是【5】的16)

一筆畫問題4——哥尼斯堡8橋問題

【9】下圖中,從A到B有72種走法。

(2×2×6+3×16=72)(6是【2】的6,16是【5】的16)

一筆畫問題4——哥尼斯堡8橋問題

【10】下圖中,從A到B有64種走法。

(2×2×4+2×24=64)(4是【1】的4,24是【7】的24)

一筆畫問題4——哥尼斯堡8橋問題

【11】下圖中,從A到B有64種走法。

(4×16=64)(16是【4】的16)

一筆畫問題4——哥尼斯堡8橋問題

好了,進入今天的主題。


先求①:

走法一:這其實是【8】,只不過樣式變了,但是不影響本質,所以走法是64


一筆畫問題4——哥尼斯堡8橋問題

走法二:這其實是【9】,只不過樣式變了,但是不影響本質,所以走法是72

但是要×2,因為走法二有2種。(左邊2個橋)

72×2=144

一筆畫問題4——哥尼斯堡8橋問題

綜上:64+144=208

但是要×2,因為可以從A到B,也可以從B到A。

208×2=416


再求②:

走法一:這其實是【10】,只不過樣式變了,但是不影響本質,所以走法是64

一筆畫問題4——哥尼斯堡8橋問題

走法二:這其實是【11】,只不過樣式變了,但是不影響本質,所以走法是64

但是要×2,因為走法二有2種。(左邊2個橋)

64×2=128

一筆畫問題4——哥尼斯堡8橋問題

綜上:64+128=192

但是要×2,因為可以從A到B,也可以從B到A。

192×2=384


再求③:

走法一:這其實是【7】×2,只不過樣式變了,但是不影響本質,所以走法是24×2=48

一筆畫問題4——哥尼斯堡8橋問題

走法二:這其實是【9】,只不過樣式變了,但是不影響本質,所以走法是72

但是要×2,因為走法二有2種。(左邊2個橋)

72×2=144

一筆畫問題4——哥尼斯堡8橋問題


綜上:48+144=192

但是要×2,因為可以從A到B,也可以從B到A。

192×2=384


結論:

根據①+②×2+③×4

416+384×2+384×4=2720


如果允許重複走其中的一座橋,要把哥尼斯堡七座橋全部走完共有2720種走法!


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