◎一筆書き問題解決のルーツ?〜「ケーニヒスベルクの橋渡り」の問題〜

1]「ケーニヒスベルクの橋渡り」の問題とは?

・18世紀の初め頃、ケーニヒスベルク(旧ソビエト連邦、カーニングランド)の町では、次のような1つの問題が話題になっていたそうです。 「(ケーニヒスベルクの町内の)クナイプホッフ島のまわりを流れるプレーゲル川にかかる7つの橋を全部、しかも1回ずつだけ渡って散歩ができるかどうか。」(右の地図は1730年代の街の概要です。)













・いろいろな数学の本で紹介されている有名な問題ですが、世界周遊「数学7つの謎」物語(仲田紀夫著 黎明書房)で著者が実際に現地を訪れ、ケーニヒスベルクについての説明もあります。

 「ケーニヒスベルクは、バルト海に面し、1255年東プロイセン(ドイツ)によって建設され、中心地としてハンザ同盟に加入し、大いに発展したが、第二次世界大戦後、ソ連の特別区に編入され、カリーニングラードとなった。」

 

 第二次世界大戦の空爆で町は廃墟と化し、現在は右図のように高架道路と3つの橋だけが残っている。 













・この問題は、「街の中から自然発生的に誕生した問題」でも有名ですが、なぜ、そのようなことが起こったのかということにも、この本で次のような説明があります。

 「ここは、哲学者カントが一生住んだ地であり、島の大聖堂には彼のお墓がある。また、ケーニヒスベルク大学は、ドイツのゲッティンゲン大学とロシアのペテルブルク大学を結ぶ、三大学の1つで数学黄金時代を築いた大学である。後の代数学者、フルウイッチ助教授、ヒルベルト学生、ミンコフスキー学生が、毎日午後5時に落ち合い、数学の論議をしたという。ドイツ的な静かで思索、学究の都市だったようである。
 当然、街全体が、”知的雰囲気”をもっていたので、何でも『考える問題』にして人々が楽しむ土地柄だったのだろうと、想像できる。」


[2]「ケーニヒスベルクの橋渡り」の問題の解答は?

○問題を数学化すると、右の図が「一筆書きできればよい。」 という問題になります。

 ところが、この図形は奇点が4個の図形ですから、一筆
書きは不可能です。(一筆書きできる図形の奇点の数は0または2)
 すなわち、この橋渡りは不可能です。







・この問題が”不可能問題”と証明したのは、オイラーですが、オイラーついて説明すると、

 「1707年スイスのバーゼルで数学好きの牧師の子として生まれ、父から数学を教えられて育ったという。後に18世紀最大の数学者となったが、幸運なことに友人にベルヌーイ一家(100年間で10人の数学者輩出)がいて力を高めていった。
 当時、黄金時代を迎えつつあったゲッティンゲン大学、ケーニヒスベルク大学、ペテルブルク大学で研究し、後生”18世紀後半のすべての数学者にとって共通の先生”といわれたほど、幅広い領域の研究をした人だった。
 彼の名のつくものに、オイラー円、オイラー線、オイラーの変換、オイラーの関数、オイラーの公式、オイラーの示性数、オイラー図などがある。」

・オイラーのこの考えは、「トポロジー」といわれる数学の一分野に発展しました。簡単にいうと、図形の長さや角度を考えない幾何学のことです。



《参考図書》仲田紀夫著 『世界周遊「数学7つの謎」物語』 黎明書房
        (このページのカットもこの本から転載しました。)



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