四川大學離散習題參考解答10 13章

2022-10-07 04:54:02 字數 4804 閱讀 5025

習題參考解答

習題十1. 設g是乙個(n,m)簡單圖。證明:,等號成立當且僅當g是完全圖。

證明:(1)先證結論:

因為g是簡單圖,所以g的結點度上限 max(d(v)) ≤ n-1, g圖的總點度上限為 max(σ(d(v)) ≤ n﹒max(d(v)) ≤ n(n-1) 。根據握手定理,g圖邊的上限為 max(m) ≤ n(n-1)/2,所以。

(2)=〉g是完全圖

因為g具有上限邊數,假設有結點的點度小於n-1,那麼g的總度數就小於上限值,邊數就小於上限值,與條件矛盾。所以,g的每個結點的點度都為n-1,g為完全圖。

g是完全圖 =〉

因為g是完全圖,所以每個結點的點度為n-1, 總度數為n(n-1),根據握手定理,圖g的邊數。■

2. 設g是乙個(n,n+1)的無向圖,證明g中存在頂點u,d(u)≥3。

證明:反證法,假設,則g的總點度上限為max(σ(d(u)) ≤2 n,根據握手定理,圖邊的上限為max(m) ≤ 2n/2=n。與題設m = n+1,矛盾。

因此,g中存在頂點u,d(u)≥3。■

3.確定下面的序列中哪些是圖的序列,若是圖的序列,畫出乙個對應的圖來:

(1)(3,2,0,1,5); (2)(6,3,3,2,2)

(3)(4,4,2,2,4); (4)(7,6,8,3,9,5)

解:除序列(1)不是圖序列外,其餘的都是圖序列。因為在(1)中,總和為奇數,不滿足圖總度數為偶數的握手定理。

可以按如下方法構造滿足要求的圖:序列中每個數字ai對應乙個點,如果序列數字是偶數,那麼就在對應的點上畫ai/2個環,如果序列是奇數,那麼在對應的點上畫(ai-1)/2個環。最後,將奇數序列對應的點兩兩一組,新增連線即可。

下面以(2)為例說明:

(6 , 3, 3, 2, 2 ) 對應圖g的點集合v=

每個結點對應的環數(6/2, (3-1)/2, (3-1)/2, 2/2,2/2) = (3,1,1,1,1)

將奇數3,3 對應的結點v2,v3一組,畫一條連線

其他序列可以類式作圖,當然大家也可以畫圖其它不同的圖形。■

4.證明:在(n,m)圖中。

證明:圖的點度數是一組非負整數,那麼這組數的算術平均值一定大於等於其中的最小值,同時小於等於其中的最大值。對應到圖的術語及為:

最大值為,最小值為δ,平均值 = (d(v1)+d(v2)…+d(vn))/n = 2m/n,所以。■

5.證明定理10.2。

【定理10.2】 對於任何(n,m)有向圖g =(v,e),

證明:有向圖中,每條有向邊為圖貢獻一度出度,同時貢獻一度出度,所以總出度和總入度相等,並和邊數相等。因此,上述關係等式成立。■

6.設g是(n,m)簡單二部圖,證明:。

證明:本題目,我們是需要說明n階的簡單二部圖的邊數的最大值 =即可。

設n階的簡單二部圖,其兩部分結點集合分別為v1,v2,那麼|v1| + |v2| = n。此種情況下,當g為完全二部圖時,有最多的邊數,即max(m) = |v1||v2|,變形為,max(m) =( n-|v2|)|v2|.此函式的最大值及為n階二部圖的邊的上限值,其上限值為當|v2|=n/2 時取得。

及max(max(m)) = ,所以n階二部圖(n,m), ■

7. 無向圖g有21條邊,12個3度數結點,其餘結點的度數均為2,求g的階數n。

解:根據握手定理有: 21 =( 3χ12 + 2(n-12))/2, 解此方程得n = 15■

8.證明:完全圖的點誘導子圖也是完全圖。

證明:方法1

為證明此結論,我們先證兩個引論:

引論1:設g(v,e)為母圖,,則g的任意子圖g'(v』,e』)是g關於v』的點誘導子圖g''(v』,e』』)的子圖。

引論2:引論1中g』』(v』,e』』)的任意點誘導子圖,也是g圖的點誘導子圖。

證明:略,請讀者證明。

設有完全圖kn( n≥1),現根據其p階點誘導子圖作歸納證明。

kn的1階點誘導子圖,顯然是完全圖,且都是k1圖。當n≥2,kn的2階點誘導子圖,顯然是完全圖,且都是k2圖

假設kn的p(n>p>2)階點誘導子圖,為kp圖,那麼對任意的p+1階點誘導子圖g,根據引理2結論,g的任意p階點誘導子圖g』為kn的p階點誘導子圖,且為kp圖。因此,g必為kp+1圖。

根據以上論證可得原命題成立■

方法2因為完全圖的任意兩個頂點均鄰接,所以點匯出子圖任意兩個頂點也鄰接,為完全圖。■

9.若,稱g是自補圖。確定乙個圖為自補圖的最低條件;畫出乙個自補圖來。

解:設g為(n,m)圖,為(n,m`)圖, 根據補圖的定義有,至少應該滿足

m+m`=n(n-1)/2 (1根據同構的定義有,至少應該滿足

m=m2)

(1),(2)聯立求解得:m=n(n-1)/4, 及乙個圖為自補圖,最低條件為結點數為4的倍數或為4的倍數加1。

圖示略■

10.判斷圖10.29中的兩個圖是否同構,並說明理由。

解:題中兩個圖不同構,因為左邊圖的唯一3度點有2個1度點為其鄰接點,而右圖唯一的3度點只有1個1度點為其鄰接點。因此這兩個圖不可能同構■

11.證明: 圖10.30中的兩個圖是同構的。

解:略■

12. 求具有4個結點完全圖k4的所有非同構的生成子圖。

解:我們可以把生成子圖按總度數不同進行分類,不同總度數的子圖類決不同構。總度數相同的子圖類中,再去找出不同購的子圖。因此求解如下:

σd(v) = 0: (0,0,0,0)

=2: (1,1,0,0)

=4: (2,1,1,0) (1,1,1,1)

=6: (3,1,1,1) (2,2,1,1)(2,2,2,0)

=8: (2,2,2,2) (3,2,2,1)

=10: (3,3,2,2)

=12: (3,3,3,3)

總共10個不同構生成子圖■

13. 設有向圖d=如下圖10.31所示。

(1) 在圖中找出所有長度分別為1,2,3,4的圈 (至少用一種表示法寫出它們,並以子圖形式畫出它們)。

(2) 在圖中找出所有長度分別為3,4,5,6的迴路,並以子圖形式畫出它們。

解:(1)

(2)子圖略

長度為三的迴路:ae1ae1ae1a,ae1ae3de2a,ae4be7ce5a,ae4be8ce5a

長度為四的迴路:aaaaa,aaada,aabe7ca,aabe8ca,abe7cda,abe8cda

長度為五的迴路:aaaaaa,aaaada,aaabe7ca,aaabe8ca,aabe7cda,aabe8cda, aadada,aaae4be7ce5a,aaae4be8ce5a, adae4be7ce5a,adae4be8ce5a■

14. 試證明在任意6個人的組裡,存在3個人相互認識,或者存在3個人相互不認識。

證明:設a為6人中的任一人,那麼a要麼至少與3人認識,要麼至少與3人不認識,二者必居其一。

假設a與b,c,d三人認識,如果b,c,d三人互不認識,結論成立

如果b,c,d三人中,至少有兩人相互認識,則它們和a一起,構成相互認識的3人,結論成立。

同理,a至少與3人不認識,結論也成立。因此,題設結論成立■

15. 若u和v是圖g中僅有的兩個奇數度結點,證明u和v必是連通的。

證明:反證法,假設u和v不連通,那麼他們必然分布於此圖的兩個連通分支中。那麼它們將分別是各連通分支中唯一的奇數度結點。

根據握手定理,乙個圖中奇度點的個數為偶數。而兩個連通分支中,奇度點的個數為奇數。矛盾。

矛盾的產生,是由於假設不連通導致的,因此,題設結論成立■

16. 證明:g是二部圖當且僅當g的迴路都是偶長迴路。

證明:設二部圖g,頂點分為兩個集合v1 ,v2

充分性:

先證明在二部圖中,奇長路的道路的兩個端節點一定分別在兩個頂點集合中,對道路長度使用歸納法,

(1) 當道路長度為1是,根據二部圖的定義,每條邊的兩個頂點分別在兩個點集合中,結論成立

(2) 假設道路長度為2n-1 ( n≥2)時結論成立

(3) 當道路長度為2n+1時,設p=v1v2…v2n-1v2nv2n+1,在此路徑上刪除最後兩個結點,那麼道路p將變為長度為2n-1的奇長道路,根據假設,v1,v2n-1分別在兩個頂點集合中,那麼v2n和v1在同一頂點集合中,而v2n+1和v1在不同頂點集合,結論成立

因為g中的任何迴路,寫成道路的形式,起點和終點時乙個結點,當然在同乙個頂點集合中,因此長度必為偶數;

必要性:(僅對連通分支證明)

在圖中任意取一點著色為白色,將和此點最短距離為奇數的點著色為黑點,為偶數的著色為白點,那麼將結點分為白色和黑色連個點集,任何同色點之間沒有邊相連。否則將形成奇數長度的迴路,例如同色結點v1,v2 相鄰,那麼從初始著色點v開始通過最短路徑可以形成如下迴路v…v1v2…v,因為v…v1,v2…v長度和為偶數,那麼迴路v…v1v2…v長度為奇數,與題設矛盾。所以是二部圖

17.設(n, m)簡單圖g滿足,證明g必是連通圖。構造乙個的非連通簡單圖。

證明:假設g不連通,分支g1,g2..gk,那麼他們的邊數的最大值所以,只有當k=1時,才能滿足題設要求,g是連通圖。如果將頂點集合分成兩個點集,|v1|=1,|v2|=n-1,構成如下的有兩個分支的非連通簡單圖,g1=(1,0),g2=kn-1,滿足題設條件■

18. 設g是階數不小於3的連通圖。證明下面四條命題相互等價:

(1)g無割邊;

(2) g中任何兩個結點位於同一迴路中;

(3) g中任何一結點和任何一邊都位於同一迴路中;

(4) g中任何兩邊都在同一迴路中。

證明:(1)=〉(2)

因為g連通,且g無割邊,所以任意兩個結點u,v,都存在簡單道路p=u…wv.又因為g無割邊,所以,刪除邊wv後,子圖依然連通,即w,v存在簡單道路p』,以此類推,可以找到一條核p每條邊都不相同的p』』=v…u,這樣p和p』』就構成了一條迴路。

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