TWEE ZIJPADEN van
TAIT |
|
|
poging 1:
Driehoeksgrafen. |
|
|
Zoals we al eerder bij het
probleem van de vijf prinsen en de vijf paleizen zagen, kunnen
we een kaart ook voorstellen door een graaf. De landen worden
dan knooppunten en de grenzen worden verbindingslijnen. (dus een
graaf van de relatie "heeft een grens met").
Peter Guthrie Tait probeerde deze aanpak.
Hij beweerde zelfs het vierkleurenprobleem te hebben opgelost,
met de volgende methode:
Eerst veranderde hij de graaf in een graaf met alleen maar
driehoeken. Dat deed hij door gewoon grenzen toe te voegen. Als
je de driehoeksgraaf kon kleuren, dan kon je de oorspronkelijke
ook kleuren, namelijk door gewoon na het kleuren de toegevoegde
grenzen weer weg te laten:
|
|
|
|
Vervolgens ging Tait in de
driehoeksgraaf punten toevoegen zodat rond elke driehoek 4
punten waren
Hij labelde die punten om-en-om A en B.
Daarna deed hij hetzelfde (punten toevoegen en labelen) nóg een
keer maar op een andere manier (geen enkel extra punt op
dezelfde plaats als bij de eerste manier).
Tenslotte legde hij de twee zo gekregen kaarten over elkaar en
liet de toegevoegde punten weer weg.
Elk knooppunt had nu een naam (AA,AB,BA of BB) die met een kleur
kon corresponderen. |
|
|
|
|
|
Een erg creatieve oplossing.
Jammer dat hij niet echt kon bewijzen dat het punten toevoegen
en labelen altijd mogelijk was.... |
|
|
poging 2: Grenzen
kleuren in plaats van Landen. |
|
|
|
Een andere aanpak was het
kleuren van de grenzen in plaats van de landen. Het is
mogelijk een 1-op-1 relatie tussen beide systemen te
maken. Dat kan bijvoorbeeld als volgt:
kleuren
van de twee landen |
kleur
van de grens ertussen |
rood - groen |
rood |
geel - blauw |
rood |
geel - rood |
groen |
groen - blauw |
groen |
rood - blauw |
blauw |
geel
-groen |
blauw |
Op deze manier hoort bij elke gekleurde kaart precies
één manier om de grenzen te kleuren, en bij elke
grenzenkleuring precies één manier om de kaart te
kleuren.
Het vierkleurenprobleem was nu geworden: "Kun je
van elke kaart de grenzen met drie kleuren
kleuren?"
|
|
|
|
|
|
Dat grenzen kleuren gaf nog wel
wat problemen, die te maken hadden met de situatie als
hiernaast. De rode lijn in deze figuur lijkt een grens maar is
het niet omdat hij niet twee verschillende landen scheidt. Om
dat soort vervelende problemen te voorkomen ging men toch maar
weer terug met de projectiemethode naar kaarten op bollen of
veelvlakken. (veelvlakken met bij elk hoekpunt 3 vlakken,zoals
kubus, twaalfvlak en afgeknot achtvlak))
Een erg interessante vraag bleek de volgende: |
|
|
Kun je op een veelvlak een
gesloten circuit volgen waarbij je elk hoekpunt
precies één keer aandoet? |
|
|
|
Waarom was dat zo'n interessante
vraag?
Nou, als je zo'n circuit kunt vinden dan kleur je daarvan de
grenzen om-en-om rood en groen.
Na afloop kleur je alle overgebleven grenzen blauw, en je hebt
de grenzen van de kaart met drie kleuren gekleurd. Met kubus,
twaalfvlak en afgeknot achtvlak bestaat zo'n circuit inderdaad,
kijk maar: |
|
|
|
|
|
Maar ja hoor; ook hier was er weer
iemand om roet in het eten te gooien! Thomas Kirkman vond in
1855 een veelvlak waarvoor geen gesloten circuit bestond. Het
was een bijencel (zeszijdig prisma) waarvan hij drie stukken
afsneed.
De kaart die erbij hoort staat hiernaast.
Kirkman bewees dat op deze kaart geen gesloten circuit mogelijk
was.
Dat deed hij door de knooppunten om en om zwart en geel te
kleuren.
Omdat een circuit afwisselend zwarte en gele knooppunten
passeert, zullen er voor een gesloten circuit evenveel zwarte
als gele punten moeten zijn, en dat is niet zo: er zijn 7 zwarte
en 6 gele.
Daarom is een gesloten circuit onmogelijk. |
|
|
|
Poging 2 mislukt! |
|