镇国学神:从数学开始无敌

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第44章 于星辰中铸剑!

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时间,在笔尖与纸张的摩擦声中,悄然流逝。

图书馆的角落,仿佛变成了一个与世隔绝的领域,一个只属于许燃和简瑶的【思维殿堂】。

“所以,我们的图G,顶点集是pG(2,5)的31个点。

两个顶点相邻,当且仅当它们在pG(2,5)中‘不共线’。”

许燃迅速地做出了总结,思路清晰。

“接下来,我们要验证两个关键性质。”

他看向简瑶,“第一,这个图G中,是否存在一个K5子图,也就是‘5个顶点互相相邻’的团?”

这个问题,如果用暴力去验证,对于一个31阶的图来说,无异于大海捞针。

但现在,有了代数和几何的武器,一切都变得不同。

简瑶的心思已经完全沉浸了进去。

她那天才的大脑在许燃的引导下,爆发出惊人的能量。

“等一下!”

她突然伸出手指,点在“不共线”三个字上,美眸中闪烁着激动的光芒,“如果五个顶点A,b,c,d,E构成一个K5子图,就意味着它们两两之间都‘不共线’。”

“但是!”

她的语速开始加快,“在射影平面pG(2,-,5)中,任意两个点(比如A和b)都确定一条唯一的线L_Ab。那么,第三个点c,它既不能在L_Ab上,也不能在L_Ac上,也不能在L_Ad上……”

她说到这里,突然卡住了。思路似乎走进了一条死胡同。

许燃没有直接给她答案,而是换了一种问法,像一个循循善诱的导师。

“换个角度想。我们来证明它的逆否命题。如果我们任意取出五个点,能不能证明,它们之中,必有两点是‘共线’的?”

这个问题像一把钥匙,瞬间捅破了那层窗户纸!

“我明白了!”简瑶的呼吸变得急促,“我们任取五个点A,b,c,d,E。先看A,b,c三点。如果它们共线,那结论就成立了,我们找到了‘共线’的两个点(甚至三个)。”

“那如果它们不共线呢?”许燃追问。

“如果A,b,c不共线,那么它们就能确定三条不同的直线L_Ab, L_Ac, L_bc。

这三条直线,在pG(2,5)中……”

简瑶一边说,一边快速地在纸上画着示意图,“……会交于A,b,c三个点。”

“现在,我们放入第四个点d。

如果d在这三条线中的任意一条上,比如在L_Ab上,那么A,b,d就共线,结论成立。”

“如果d不在这三条线的任何一条上呢?”许燃的声音带着一种引人入胜的魔力。

“那么……d和A,b,c三点,就能确定三条新的线L_Ad, L_bd, L_cd。

现在我们一共有六条线了!”

简瑶感觉自己的大脑在高速燃烧,“这六条线,最多会产生c(6,2)=15个交点,但很多是重合的……

不对不对,这个思路太复杂了!”

她有些懊恼地抓了抓头发。

许燃只是安静地看着她,没有打断。他知道,这是天才在突破自我时,必经的“阵痛”。

过了足足一分钟,简瑶的眼睛,猛地亮了起来!

“是‘鸽巢原理’!”

她激动地喊了出来,声音都有些发颤,“在pG(2,5)里,每一条线上,有q+1=6个点!而任何一个点,都恰好在q+1=6条线上!”

“我们来看点d!”

她指着草稿纸,“通过点d,可以画出6条不同的直线!

这6条直线,要把除了d以外的所有点都覆盖掉。”

“而我们还剩下A,b,c,E四个点!不对……思路又乱了!”

看着简瑶陷入苦战,许燃终于决定,轻轻地推她一把。

“不要去数线的数量。”

他轻声说,“回到最基础的性质,两点确定一条直线。”

“我们有A,b,c,d四个点,假设它们之中任意三点都不共线。

它们能确定c(4,2)=6条不同的直线。”

“现在,我们放入第五个点,E。”

“E点,它有多少种可能的位置?”

“如果E落在这六条直线中的任何一条上,比如L_Ab,那么E,A,b就共线了,证毕。”

“如果E不落在这六条直线的任何一条上呢?这可能吗?”

许燃问出了最后一个,也是最关键的问题。

简瑶的大脑,如同被一道闪电劈中!

“不可能!”

她失声喊道,“pG(2,5)中,任何一个点都必须在6条线上!

如果E不在这六条线中的任何一条上,那么过E和A的直线L_EA,就是一条新的线。

过E和b的直线L_Eb,也是一条新的线……

这……这就和‘两点确定唯一一条直线’的公理矛盾了!”

她激动得脸颊通红,指着自己的推导,像个得到了糖果的孩子。

“所以,任意五个点,必然有至少三个点是共线的!

既然有三点共线,那它们在我们的图G里,就必然不是一个K5子图!

因为共线的点之间没有边!”

“结论:我们的图G,无K5子图!”

当她得出这个结论时,一种前所未有的,巨大而纯粹的成就感,淹没了她。

这比她过去解出任何一道难题,都要快乐!

因为这不是她一个人的胜利,这是她和许燃,两个人思想碰撞、共同铸剑的结果!

她抬起头,看向身边那个平静的少年,美眸中,水光流转,异彩涟涟。

“下一个,证明它的独立数,不大于42……”

许燃的声音没有停歇,将她从那异样的情绪中拉了回来,带入了下一个更深邃的挑战。

“这个图,只有31个顶点,独立数怎么可能大于42?”

简瑶下意识地问,随即反应过来,“哦,你说的是拉姆齐数R(5,5)!

我们现在构造出的这个图,它甚至连R(4,5)的反例都算不上!”

她的思维,已经被许燃彻底带到了一个全新的高度。

许燃摇了摇头。

“这个模型,只是一个玩具。

一个让我们理解‘代数图论’思想的玩具。”

“但这个思想,可以推广。”

他的笔尖,在pG(2,q)的那个q上,重重一点。

“如果,我们把这个q,换成别的数字呢?

比如,q=41?

一个素数?”

“pG(2,41)……它的点数是412+41+1 = 1723个!”简瑶倒吸一口凉气。

“没错,所以简单的射影平面不够。”

许燃的目光,变得如同黑洞般深邃,“我们需要更复杂的代数结构。

比如,用‘二次剩余’去定义‘相邻’关系。”

他开始在草稿纸上,写下一连串简瑶闻所未闻的概念。

【佩利图p(q)】

“这又是什么?”

简瑶感觉自己像个好奇宝宝,完全被许燃牵着鼻子走,但她心甘情愿。

“一个更纯粹的代数怪物。”

许燃的眼睛里闪着光。

“它的构造更简单粗暴。取一个素数q,并且要求q模4余1。”

“图的顶点,就是有限域GF(q)里的q个元素,从0到q-1。”

“两个顶点x和y之间有没有边,只看一件事。”

他顿了顿,用红笔重重写下两个字。

“‘差值’。”

“如果x-y是GF(q)里的‘二次剩余’,那么它们之间就有边。

如果不是,就没有。”

“二次剩余?”

这个词简瑶知道,就是指一个数在模q的意义下,能被写成另一个数的平方。

比如在模5的意义下,1和4就是二次剩余,因为1=12=42,4=22=32。

“对。”

许燃点头,“比如,我们直接攻击R(5,5)的下界,构造一个41阶的图。

取q=41,因为它是一个素数,且41=4*10+1。”

“我们构造佩利图p(41)。”

“它的顶点,就是0, 1, 2,..., 40。”

“顶点2和顶点5之间有没有边?”许燃看向简瑶。

“5-2=3,我们需要判断3是不是模41的二次剩余……”简瑶迅速心算,却发现这并不容易。

“很难算,对吧?”

许燃笑了笑,“但数学的美妙在于,我们不需要一个一个去算。

高斯早就为我们铺好了路。”

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