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第44章 於星辰中鑄劍!

2025-11-19 作者:愛吃魚小仙

時間,在筆尖與紙張的摩擦聲中,悄然流逝。

圖書館的角落,彷彿變成了一個與世隔絕的領域,一個只屬於許燃和簡瑤的【思維殿堂】。

“所以,我們的圖G,頂點集是PG(2,5)的31個點。

兩個頂點相鄰,當且僅當它們在PG(2,5)中‘不共線’。”

許燃迅速地做出了總結,思路清晰。

“接下來,我們要驗證兩個關鍵性質。”

他看向簡瑤,“第一,這個圖G中,是否存在一個K5子圖,也就是‘5個頂點互相相鄰’的團?”

這個問題,如果用暴力去驗證,對於一個31階的圖來說,無異於大海撈針。

但現在,有了代數和幾何的武器,一切都變得不同。

簡瑤的心思已經完全沉浸了進去。

她那天才的大腦在許燃的引導下,爆發出驚人的能量。

“等一下!”

她突然伸出手指,點在“不共線”三個字上,美眸中閃爍著激動的光芒,“如果五個頂點A,B,C,D,E構成一個K5子圖,就意味著它們兩兩之間都‘不共線’。”

“但是!”

她的語速開始加快,“在射影平面PG(2,-,5)中,任意兩個點(比如A和B)都確定一條唯一的線L_AB。那麼,第三個點C,它既不能在L_AB上,也不能在L_AC上,也不能在L_AD上……”

她說到這裡,突然卡住了。思路似乎走進了一條死衚衕。

許燃沒有直接給她答案,而是換了一種問法,像一個循循善誘的導師。

“換個角度想。我們來證明它的逆否命題。如果我們任意取出五個點,能不能證明,它們之中,必有兩點是‘共線’的?”

這個問題像一把鑰匙,瞬間捅破了那層窗戶紙!

“我明白了!”簡瑤的呼吸變得急促,“我們任取五個點A,B,C,D,E。先看A,B,C三點。如果它們共線,那結論就成立了,我們找到了‘共線’的兩個點(甚至三個)。”

“那如果它們不共線呢?”許燃追問。

“如果A,B,C不共線,那麼它們就能確定三條不同的直線L_AB, L_AC, L_BC。

這三條直線,在PG(2,5)中……”

簡瑤一邊說,一邊快速地在紙上畫著示意圖,“……會交於A,B,C三個點。”

“現在,我們放入第四個點D。

如果D在這三條線中的任意一條上,比如在L_AB上,那麼A,B,D就共線,結論成立。”

“如果D不在這三條線的任何一條上呢?”許燃的聲音帶著一種引人入勝的魔力。

“那麼……D和A,B,C三點,就能確定三條新的線L_AD, L_BD, L_CD。

現在我們一共有六條線了!”

簡瑤感覺自己的大腦在高速燃燒,“這六條線,最多會產生C(6,2)=15個交點,但很多是重合的……

不對不對,這個思路太複雜了!”

她有些懊惱地抓了抓頭髮。

許燃只是安靜地看著她,沒有打斷。他知道,這是天才在突破自我時,必經的“陣痛”。

過了足足一分鐘,簡瑤的眼睛,猛地亮了起來!

“是‘鴿巢原理’!”

她激動地喊了出來,聲音都有些發顫,“在PG(2,5)裡,每一條線上,有q+1=6個點!而任何一個點,都恰好在q+1=6條線上!”

“我們來看點D!”

她指著草稿紙,“透過點D,可以畫出6條不同的直線!

這6條直線,要把除了D以外的所有點都覆蓋掉。”

“而我們還剩下A,B,C,E四個點!不對……思路又亂了!”

看著簡瑤陷入苦戰,許燃終於決定,輕輕地推她一把。

“不要去數線的數量。”

他輕聲說,“回到最基礎的性質,兩點確定一條直線。”

“我們有A,B,C,D四個點,假設它們之中任意三點都不共線。

它們能確定C(4,2)=6條不同的直線。”

“現在,我們放入第五個點,E。”

“E點,它有多少種可能的位置?”

“如果E落在這六條直線中的任何一條上,比如L_AB,那麼E,A,B就共線了,證畢。”

“如果E不落在這六條直線的任何一條上呢?這可能嗎?”

許燃問出了最後一個,也是最關鍵的問題。

簡瑤的大腦,如同被一道閃電劈中!

“不可能!”

她失聲喊道,“PG(2,5)中,任何一個點都必須在6條線上!

如果E不在這六條線中的任何一條上,那麼過E和A的直線L_EA,就是一條新的線。

過E和B的直線L_EB,也是一條新的線……

這……這就和‘兩點確定唯一一條直線’的公理矛盾了!”

她激動得臉頰通紅,指著自己的推導,像個得到了糖果的孩子。

“所以,任意五個點,必然有至少三個點是共線的!

既然有三點共線,那它們在我們的圖G裡,就必然不是一個K5子圖!

因為共線的點之間沒有邊!”

“結論:我們的圖G,無K5子圖!”

當她得出這個結論時,一種前所未有的,巨大而純粹的成就感,淹沒了她。

這比她過去解出任何一道難題,都要快樂!

因為這不是她一個人的勝利,這是她和許燃,兩個人思想碰撞、共同鑄劍的結果!

她抬起頭,看向身邊那個平靜的少年,美眸中,水光流轉,異彩漣漣。

“下一個,證明它的獨立數,不大於42……”

許燃的聲音沒有停歇,將她從那異樣的情緒中拉了回來,帶入了下一個更深邃的挑戰。

“這個圖,只有31個頂點,獨立數怎麼可能大於42?”

簡瑤下意識地問,隨即反應過來,“哦,你說的是拉姆齊數R(5,5)!

我們現在構造出的這個圖,它甚至連R(4,5)的反例都算不上!”

她的思維,已經被許燃徹底帶到了一個全新的高度。

許燃搖了搖頭。

“這個模型,只是一個玩具。

一個讓我們理解‘代數圖論’思想的玩具。”

“但這個思想,可以推廣。”

他的筆尖,在PG(2,q)的那個q上,重重一點。

“如果,我們把這個q,換成別的數字呢?

比如,q=41?

一個素數?”

“PG(2,41)……它的點數是412+41+1 = 1723個!”簡瑤倒吸一口涼氣。

“沒錯,所以簡單的射影平面不夠。”

許燃的目光,變得如同黑洞般深邃,“我們需要更復雜的代數結構。

比如,用‘二次剩餘’去定義‘相鄰’關係。”

他開始在草稿紙上,寫下一連串簡瑤聞所未聞的概念。

【佩利圖P(q)】

“這又是甚麼?”

簡瑤感覺自己像個好奇寶寶,完全被許燃牽著鼻子走,但她心甘情願。

“一個更純粹的代數怪物。”

許燃的眼睛裡閃著光。

“它的構造更簡單粗暴。取一個素數q,並且要求q模4餘1。”

“圖的頂點,就是有限域GF(q)裡的q個元素,從0到q-1。”

“兩個頂點x和y之間有沒有邊,只看一件事。”

他頓了頓,用紅筆重重寫下兩個字。

“‘差值’。”

“如果x-y是GF(q)裡的‘二次剩餘’,那麼它們之間就有邊。

如果不是,就沒有。”

“二次剩餘?”

這個詞簡瑤知道,就是指一個數在模q的意義下,能被寫成另一個數的平方。

比如在模5的意義下,1和4就是二次剩餘,因為1=12=42,4=22=32。

“對。”

許燃點頭,“比如,我們直接攻擊R(5,5)的下界,構造一個41階的圖。

取q=41,因為它是一個素數,且41=4*10+1。”

“我們構造佩利圖P(41)。”

“它的頂點,就是0, 1, 2,..., 40。”

“頂點2和頂點5之間有沒有邊?”許燃看向簡瑤。

“5-2=3,我們需要判斷3是不是模41的二次剩餘……”簡瑤迅速心算,卻發現這並不容易。

“很難算,對吧?”

許燃笑了笑,“但數學的美妙在於,我們不需要一個一個去算。

高斯早就為我們鋪好了路。”

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