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The Lumenary
विस्मय पथवैकल्पिक · कभी अंक नहीं दिए जातेयहाँ से शुरू होता है Dots and lines: networks and puzzles

Knots and colours

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प्रश्न

Tie a knot in a piece of string and glue the two ends together. How could you prove that it really is knotted — that no amount of wiggling, without cutting, will turn it into a plain loop?

आगे पढ़ने से पहले प्रयोग करके देखें। खोजबीन का कोई गलत तरीका नहीं है।

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प्रयोग

तीन रंगों से गाँठों को रंगना

आरेख के हर चाप को रंगिए। हर क्रॉसिंग पर मिलने वाले तीनों चाप या तो एक ही रंग के हों या तीनों अलग-अलग रंग के।

???

किसी चाप का रंग बदलने के लिए उस पर क्लिक कीजिए (या उसे चुनकर Enter, या 1, 2, 3 दबाइए)। एक चाप एक नीचे-से-गुज़रने वाली जगह से अगली तक जाता है।

रंग 1 (टेराकोटा, वृत्त)रंग 2 (बैंगनी, त्रिभुज)रंग 3 (हरा-नीला, वर्ग)
ट्रेफ़ॉइल गाँठ3₁
इस आरेख में क्रॉसिंग
3
क्रॉसिंग संख्या (न्यूनतम संभव)
3

रंगे गए चाप: 3 में से 0।

यह नियम क्यों? एक ही गाँठ के कोई भी दो आरेख तीन तरह की स्थानीय चालों — राइडमाइस्टर चालों — से जुड़े होते हैं: मरोड़ जोड़ना या हटाना, एक धागे को दूसरे के ऊपर से सरकाना, और एक धागे को किसी क्रॉसिंग के पार सरकाना। हर चाल दो या अधिक रंगों वाले मान्य रंजन को दूसरे मान्य रंजन में बदल देती है।

ट्रेफ़ॉइल का त्रि-रंजन हो सकता है और अगाँठ का नहीं। क्योंकि त्रि-रंजनीयता एक निश्चर है, कितना भी हिलाइए-डुलाइए, ट्रेफ़ॉइल अगाँठ नहीं बनती: ट्रेफ़ॉइल सचमुच गँठी हुई है।

इसलिए त्रि-रंजनीयता एक गाँठ-निश्चर है: अगर किसी गाँठ के एक आरेख का त्रि-रंजन हो सकता है, तो उसके हर आरेख का हो सकता है। एक सादे वृत्त में केवल एक चाप है, इसलिए अगाँठ का त्रि-रंजन नहीं हो सकता।

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संकेत, यदि आप चाहें

    4

    क्या हो रहा है

    क्या हो रहा है

    A knot diagram is a network drawing with crossings, like the ones in the dots-and-lines lesson, except that at each crossing we record which strand goes over. Two diagrams show the same knot exactly when one can be changed into the other by moving the string around — and in 1927 Kurt Reidemeister proved that it is enough to use three simple local moves: adding or removing a twist, sliding one strand over another, and sliding a strand past a crossing.

    The colouring rule in the hints is called tricolouring. Each of Reidemeister's moves can be checked to keep a good colouring good (and to keep "at least two colours" true). So whether a knot can be tricoloured does not depend on how it is drawn: it is a knot invariant.

    A plain loop drawn with no crossings has a single arc, so it can only ever use one colour: it is not tricolourable. The trefoil is. Therefore the trefoil is genuinely knotted — no wiggling will undo it. That is a proof, not just evidence.

    Invariants have limits. The figure-eight knot cannot be tricoloured either, yet it is knotted too; showing that needs stronger invariants, such as colourings with five colours or the Jones polynomial (Vaughan Jones, 1984). Remarkably, there are algorithms that decide whether any given diagram is the unknot (Wolfgang Haken, 1961) — but whether the Jones polynomial alone can always recognise the unknot is still an open question.

    संगणना द्वारा परखा गयाAI द्वारा तैयार मसौदा · मानवीय समीक्षा की प्रतीक्षा में
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    यह कहाँ ले जाता है