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めぐみとくあま定理ていり

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惠特尼定理概述图
めぐみとくあま定理ていりがいじゅつ

图论なかめぐみとくあま定理ていり英語えいごWhitney's theorem),またたたえめぐみとくあま连通せい定理ていりWhitney's theorem on connectivity[1]美國びくに數學すうがく哈斯勒·めぐみとくあま于1932ねん[2]提出ていしゅつてき关于2连通图とう价性质的定理ていり,该定理ていり提供ていきょうりょう关于2连通图的同点どうてん对之间的连通せい质刻,描述りょう2连通图的特殊とくしゅせい[3]

定理ていり陈述

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对一个图わかいたりしょう存在そんざい3个点,则2连通てきとう且仅とうちゅう任意にんい两个てんちゅういたりしょう存在そんざい连接てき2じょう内部ないぶあい交路みちそくじょ首尾しゅびしょうどうみなためそとぼつゆう其他公共こうきょう頂點ちょうてんてきみち

定理ていり证明

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必要ひつようせい

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いん任意にんい两点间均存在そんざいみち,于是连通てき

いち,对于任意にんい两点间有いたりしょう存在そんざい两条内部ないぶあい交路みち所以ゆえんこう虑删じょちゅう任意にんいいちてん,其均かい造成ぞうせい连通。于是2连通てき

充分じゅうぶんせい

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2连通てき希望きぼう证明对于任意にんい两点のう找到いたりしょう两条连接てき内部ないぶあい交路みち

下面かめんどおり过对これ间的距离进行归纳来由らいゆ数学すうがく归纳ほう证明:

  1. 对于,此时これてきいちじょう边。而由于すえめぐみとくあま不等式ふとうしき,于是いたりしょう需要じゅよう删两じょう边才かい导致连通,于是删一条边之后仍然还是连通的。则考虑,其仍しか连通图,于是对于仍然存在そんざいいちじょうみち连接。于是ちゅういたりしょう存在そんざい两条连接てき内部ないぶあい交路みち
  2. かり设对于ちゅう存在そんざいいたりしょう两条连接てき内部ないぶあい交路みち,则考虑
  3. よしこれ间距离为,则ちゅう一定いってい存在そんざいいちじょう连接まとみち,且てき长度(其包含ほうがんてき边的数量すうりょう)为,如图1しょしめせ。此时こうなかてき邻居一定いってい满足。这是いん为对于ざいちゅうやめ经有いた长度为まとみち,而如はて存在そんざい其他みち长度しょう么也存在そんざいいたまとみち长度しょうあずか矛盾むじゅん。于是对于すえ归纳かり设,存在そんざいいたりしょう2じょう连接てき内部ないぶあい交路みち。于是构成りょういち个环,如图2しょしめせ
    充分性的归纳证明
    充分じゅうぶんせいてき归纳证明
    • 如果そくやめ经在这个环上,如图3しょしめせ,则对于あずか这两个环じょうてきてん,它们间也存在そんざい环上两条相反あいはんてき绕行方向ほうこうてきみち,于是あずか存在そんざい两条内部ないぶあい交的みち
    • 如果么由于2连通てき,则考虑,其仍しか连通てき么对于,此时存在そんざいいちじょう连接まとみち。此时,如果あずか以及じょりょうこれがいぼつゆう其他交点こうてん,如图4しょしめせ,则显しかあずか就构なりりょう连接てき两条内部ないぶあい交路みちいや则,れいあずかあい交的さいきさきいち个交てんすえてき对称せいさまたげかり就在うえ,如图しょしめせ么考虑,这两じょうみち则构なりりょう连接てき内部ないぶあい交路みち
  4. 于是无论如何いかとう时,ひとしのういたりしょう找到连接てき两条内部ないぶあい交路みち

于是すえ数学すうがく归纳ほうとう2连通图时,对于任意にんい两点のう找到いたりしょう两条连接てき内部ないぶあい交路みち

推论

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すえめぐみとくあま定理ていりてき结论,以得いた关于2连通图的とう价描じゅつてき推论:

  1. 连通且没ゆうわりてんそく2连通てき);
  2. 对于图ちゅう任意にんい两点ちゅう存在そんざいいたりしょう两条连接てき内部ないぶあい交路みち
  3. 对于图ちゅう任意にんい两点ちゅう存在そんざいいち个环ひとしざいうえ
  4. てき最小さいしょういたりしょう为1,且对于图なかてき任意にんい两条边ちゅう存在そんざいいち个环ひとしざいうえ[4]

推论证明

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  • 描述1描述2:直接ちょくせつ运用めぐみとくあま定理ていりそく
  • 描述2描述3:关系显然てきわか这两てん存在そんざいいたりしょう两条连接它们てき内部ないぶあい交路みち,则这两条内部ないぶあい交路みちてき形成けいせいりょう环且这两点在てんざい环上;わか存在そんざい这两てんどう时位于环じょう,则这两点间在环上てき不同ふどう绕行方向ほうこうてきみち形成けいせいりょう连接它们てき两条内部ないぶあい交路みち
  • 描述4描述3:对任意にんいてき两点ゆかり,则ひとし存在そんざい邻居,考察こうさつ
    • わかそく两条边完全かんぜんぶん离,则由于任意にんい两条边均于一个环じょう,于是くらい于同いち个环じょう,于是也位于该环上。
    • わかそく两条边有いち公共こうきょうてん,此时仍然两条不同ふどうてき边,则同样由于任意にんい两条边均于一个环じょう,于是くらい于同いち个环じょう,于是也位于该环上。
    • わかそく实际じょうただいちじょう,此时あずか其他任意にんい一条边仍然位于同一个环上,所以ゆえん仍然于环じょう
  • 描述123描述4:くびさきすえ描述1,图连通てき所以ゆえん。其次,对于图なかてき任意にんい两条边下面かめん证明它们于同いち个环じょう
向G中加入两个辅助点w,z
むかいちゅう加入かにゅう两个辅助てん

れいくびさき仍然2连通てき,这是いん为,てき构造过程加入かにゅう两个てん且两个点ひとし与原よはらちゅう两个てんしょう连,则考虑なかてきわりしゅうわかわり集中しゅうちゅう含有がんゆうしん加入かにゅうてきてん,则除去じょきょしん加入かにゅうてきてんげんてきわりしゅう,而根すえ描述1,ほん2连通てき,则あるわかわり集中しゅうちゅう含有がんゆうしん加入かにゅうてきてん,如果わりしゅう,则いや实际じょうげんてきわりしゅう所以ゆえんどう样,所以ゆえん无论如何いか,对于てき任意にんいわりしゅう,其大しょういたりしょう为2,ゆえ仍然2连通てき。实际じょう,关于むこう-连通图加入かにゅう辅助てんてきさら一般的结论称为「扩展引理」(expansion lemma),它也ざい证明门格尔定理ていりちゅう发挥りょう作用さよう[5]

么根すえ描述3,对于一定いってい存在そんざいひとしうえ。而まとひとし为2,所以ゆえん也位于うえ,且てき其他边均げん。于是以将がえ换成がえ换成,从而ひとし于原图中てきいち个环じょう

かげ响及

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めぐみとくあま定理ていり提供ていきょうりょう对于2连通性的せいてきさら具体ぐたいてきせい质刻,从而提供ていきょうりょう另一种对于2连通せいてき具体ぐたい证明方向ほうこう

参考さんこう文献ぶんけん

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  1. ^ Kewen Zhao. Sanya. A simple proof of Whitney's Theorem on connectivity in graphs (PDF). Mathematica Bohemica. 2011, 136 (1): 25-26 [2021-12-10]. doi:10.21136/MB.2011.141446. (原始げんし内容ないよう (PDF)そん档于2021-12-10). 
  2. ^ Hassler Whitney. Congruent graphs and the connectivity of graphs. American Journal of Mathematics. 1932, 54 (1): 150-168. doi:10.2307/2371086. 
  3. ^ West, Douglas Brent. Introduction to Graph Theory. Prentice Hall. 2001: 161. ISBN 81-7808-830-4. 
  4. ^ West, Douglas Brent. Introduction to Graph Theory. Prentice Hall. 2001: 162. ISBN 81-7808-830-4. 
  5. ^ West, Douglas Brent. Introduction to Graph Theory. Prentice Hall. 2001: 162, 167-168. ISBN 81-7808-830-4.