图论证明题

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1.0 基础概念及定义

  • 导出子图:由原图顶点的一个子集及连接该子集内顶点的所有边构成的子图。

  • 生成子图:包含原图所有顶点的子图。

  • 完全子图:一个是完全图的导出子图,又称团。

2.0 图的基本性质和基本处理方法

2.3 最小度数路径1

设图 \(G\) 的顶点的最小度数是 \(\delta\), 则 \(G\) 包含一条长为 \(\delta\) 的路径。

Proof:

取一条最长路,它的一个端点的所有邻点都在该路上,该端点的度数 \(\ge \delta\) 意味着它在路上至少有 \(\delta\) 个不同的邻点,因此该路径的长度 \(\ge \delta\)。

2.5 最小度数路径2

设图 \(G\) 的最小度数为 \(\delta\),如果 \(G\) 中最长路径的长度为 \(\delta\),那么 \(G\) 是多个不相交完全图 \(K_{ \delta + 1}\) 的并。

Proof:

考虑2.3中提到的最长路,不妨设其为 \(v_1v_2v_3...v_{\delta +1}\),且 \(v_1\) 和 \(v_{\delta +1}\)的所有邻点必定都在该路径上,若存在路径中的一个点 \(v_i\) 与路径外的一个点 \(u\) 连边,则必存在路径 \(uv_iv_{i-1}...v_1v_{i+1}v_{\delta +1}\) 长度为 \(\delta +1\),与最长路长度为 \(\delta\) 矛盾,故路径上所有点的邻点都在该路上,又因为最小度数为 \(\delta\),所以这是一个完全图。

2.6 三元环

没有三角形的 \(n\) 个顶点的图的边数的最大值是 \(\lfloor\frac{n^2}{4}\rfloor\)。

Proof:

  • 构造上界:取一个左部点数量 \(\lfloor\frac{n}{2}\rfloor\),右部点数量 \(\lceil\frac{n}{2}\rceil\) 的完全二分图,其边数为 \(\lfloor\frac{n^2}{4}\rfloor\)。

  • 证明上界:

    \[\begin{gather} d(u) + d(v) \le n \\ \sum_{(u,v) \in E} (d(u) + d(v)) \le |E|n \\ \sum_{(u,v) \in E} (d(u) + d(v)) = \sum_{u \in V} d^2(u) \ge \frac{(\sum_{u \in V}d(u))^2}{n} = \frac{4|E|^2}{n} \\ |E|n \ge \frac{4|E|^2}{n} \\ |E| \le \frac{n^2}{4} \end{gather}\]

    • (1):不存在三元环,即不存在一个点同时与某条边的两个端点相邻。
    • (3):均值不等式。