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解法:欧拉的度数论证(1736年)

第 4/6 步:为什么每次经过一块陆地都恰好用掉两座桥
通俗地说

设想用铅笔描摹这趟旅程,笔尖不离纸,也绝不重复走同一座桥。每当笔尖在行程途中到达某块陆地,它必须再次离开——一座桥带它进来,另一座桥带它出去。因此每一次'经过'恰好用掉那块陆地的两座桥,一进一出,就像拉链一样两两配对。

只有最开始的那块陆地(笔尖出发的地方,有一次没有对应到达的离开)和最后那块陆地(笔尖停下的地方,有一次没有对应离开的到达)才可能剩下一座落单的桥——除非旅程的起点和终点是同一块陆地,这时连它也会被完全配对。

v≠start,finish  ⟹  deg⁡(v) is evenv \ne \text{start}, \text{finish} \implies \deg(v) \text{ is even}
详细分析

假设有一条恰好经过图中每条边一次的路线。固定一个顶点 vv,考察路线在行程途中每次经过 vv 的情形(即在这次经过中 vv 既不是最开始也不是最末尾的顶点)。每一次这样的经过都用一条边到达 vv,再用另一条边离开 vv,而由于路线从不重复使用同一条边,vv 处的边也绝不会在不同的经过之间被重复使用。

这就把 vv 处的边两两配成(到达,离开)对,针对每一次并非整条路线起点或终点的经过。如果 vv 从未作为起点或终点,它所有的边都会以这种方式配对,因此 deg⁡(v)\deg(v) 必为偶数。如果 vv 是起点(且不是终点),就会剩下一条没有对应到达的离开边,于是 deg⁡(v)\deg(v) 为奇数;对称地,如果 vv 只是终点,就会剩下一条没有配对的到达边。如果 vv 既是起点又是终点(一趟闭合的巡游),剩下的那条离开边与剩下的那条到达边会互相配对,deg⁡(v)\deg(v) 又重新变为偶数。

由于一条路线只有恰好一个起点和恰好一个终点——它们也可能是同一个顶点——这个配对论证直接表明,图中至多有两个顶点的度数可能是奇数,而如果路线是闭合的,则一个奇数度顶点都不会有。这正是欧拉那条规则背后真正的机制,而不只是一件需要凭信任接受的事实。

本步骤用到的知识