一天,小明做完作業(yè)正在休息,收音機中播放著輕松、悅耳的音樂.他拿了支筆,信手在紙上寫了“中”、“日”、“田”幾個字.突然,他腦子里閃出一個念頭,這幾個字都能一筆寫出來嗎?他試著寫了寫,“中”和“日”可以一筆寫成(沒有重復(fù)的筆劃),但寫到“田”字,試來試去也沒有成功.下面是他寫的字樣.(見下圖)
這可真有意思!由此他又聯(lián)想到一些簡單的圖形,哪個能一筆畫成,哪個不能一筆畫成呢?下面是他試著畫的圖樣.(見下圖)
經(jīng)過反復(fù)試畫,小明得到了初步結(jié)論:圖中的(1)、(3)、(5)能一筆畫成;(2)、(4)、(6)不能一筆畫成.真奇怪!小明發(fā)現(xiàn),簡單的筆畫少的圖不一定能一筆畫得出來.而復(fù)雜的筆畫多的圖有時反倒能夠一筆畫出來,這其中隱藏著什么奧秘呢?小明進一步又提出了如下問題:
如果說一個圖形是否能一筆畫出不決定于圖的復(fù)雜程度,那么這事又決定于什么呢?
能不能找到一條判定法則,依據(jù)這條法則,對于一個圖形,不論復(fù)雜與否,也不用試畫,就能知道是不是能一筆畫成?
先從最簡單的圖形進行考察.一些平面圖形是由點和線構(gòu)成的.這里所說的“線”,可以是直線段,也可以是一段曲線.而且為了明顯起見,圖中所有線的端點或是幾條線的交點都用較大的黑點“●”表示出來了.
首先不難發(fā)現(xiàn),每個圖中的每一個點都有線與它相連;有的點與一條線相連,有的點與兩條線相連,有的點與3條線相連等等.
其次從前面的試畫過程中已經(jīng)發(fā)現(xiàn),一個圖能否一筆畫成不在于圖形是否復(fù)雜,也就是說不在于這個圖包含多少個點和多少條線,而在于點和線的連接情況如何——一個點在圖中究竟和幾條線相連.看來,這是需要仔細考察的.第一組(見下圖)
(1)兩個點,一條線.
每個點都只與一條線相連.
(2)三個點.
兩個端點都只與一條線相連,中間點與兩條線連.
第一組的兩個圖都能一筆畫出來.
(但注意第(2)個圖必須從一個端點畫起)第二組(見下圖)
(1)五個點,五條線.
A點與一條線相連,B點與三條線相連,其他的點都各與兩條線相連.
(2)六個點,七條線.(“日”字圖)
A點與B點各與三條線相連,其他點都各與兩條線相連.
第二組的兩個圖也都能一筆畫出來,如箭頭所示那樣畫.即起點必需是A點(或B點),而終點則定是B點(或A點).
第三組(見下圖)
(1)四個點,三條線.
三個端點各與一條線相連,中間點與三條線相連.
(2)四個點,六條線.
每個點都與三條線相連.
(3)五個點,八條線.
點O與四條線相連,其他四個頂點各與三條線相連.
第三組的三個圖形都不能一筆畫出來.
第四組(見下圖)
(1)這個圖通常叫五角星.
五個角的頂點各與兩條線相連,其他各點都各與四條線相連.
(2)由一個圓及一個內(nèi)接三角形構(gòu)成.
三個交點,每個點都與四條線相連(這四條線是兩條線段和兩條弧線).
(3)一個正方形和一個內(nèi)切圓構(gòu)成.
正方形的四個頂點各與兩條線相連,四個交點各與四條線相連.
(四條線是兩條線段和兩條弧線).
第四組的三個圖雖然比較復(fù)雜,但每一個圖都可以一筆畫成,而且畫的時候從任何一點開始畫都可以.第五組(見下圖)
(1)這是“品”字圖形,它由三個正方形構(gòu)成,它們之間沒有線相連.
(2)這是古代的錢幣圖形,它是由一個圓形和中間的正方形方孔組成.圓和正方形之間沒有線相連.
第五組的兩個圖形叫不連通圖,顯然不能一筆把這樣的不連通圖畫出來.
進行總結(jié)、歸納,看能否找出可以一筆畫成的圖形的共同特點,為方便起見,把點分為兩種,并分別定名:
把和一條、三條、五條等奇數(shù)條線相連的點叫做奇點;把和兩條、四條、六條等偶數(shù)條線相連的點叫偶點,這樣圖中的要么是奇點,要么是偶點.
提出猜想:一個圖能不能一筆畫成可能與它包含的奇點個數(shù)有關(guān),對此列表詳查:
從此表來看,猜想是對的.下面試提出幾點初步結(jié)論:
①不連通的圖形必定不能一筆畫;能夠一筆畫成的圖形必定是連通圖形.
②有0個奇點(即全部是偶點)的連通圖能夠一筆畫成.(畫時可以任一點為起點,最后又將回到該點).
、壑挥袃蓚奇點的連通圖也能一筆畫成(畫時必須以一個奇點為起點,而另一個奇點為終點);
④奇點個數(shù)超過兩個的連通圖形不能一筆畫成.最后,綜合成一條判定法則:
有0個或2個奇點的連通圖能夠一筆畫成,否則不能一筆畫成.
能夠一筆畫成的圖形,叫做“一筆畫”.
用這條判定法則看一個圖形是不是一筆畫時,只要找出這個圖形的奇點的個數(shù)來就能行了,根本不必用筆試著畫來畫去.
看看下面的圖可能會加深你對這條法則的理解.
從畫圖的過程來看:筆總是先從起點出發(fā),然后進入下一個點,再出去,然后再進出另外一些點,一直到最后進入終點不再出來為止.由此可見:
、俟P經(jīng)過的中間各點是有進有出的,若經(jīng)過一次,該點就與兩條線相連,若經(jīng)過兩次則就與四條線相連等等,所以中間點必為偶點.
、谠倏雌瘘c和終點,可分為兩種情況:如果筆無重復(fù)地畫完整個圖形時最后回到起點,終點和起點就重合了,那么這個重合點必成為偶點,這樣一來整個圖形的所有點必將都是偶點,或者說有0個奇點;如果筆畫完整個圖形時最后回不到起點,就是終點和起點不重合,那么起點和終點必定都是奇點,因而該圖必有2個奇點,可見有0個或2個奇點的連通圖能夠一筆畫成.