שינויים

קפיצה אל: ניווט, חיפוש

88-195 בדידה לתיכוניסטים תשעא/מערך שיעור/שיעור 11

נוספו 8,900 בתים, 07:11, 19 באוגוסט 2019
= הגדרות בסיסיות =
'''הגדרה''' יהיה : '''גרף''' <math>VG</math> מעל קבוצה לא ריקה. יהא <math>V</math> הוא זוג סדור <math>G=(V,E)</math> קבוצה המכילה זוגות לא סדורים מאיברי כאשר <math>E \subseteq V\times V</math>אזי - כלומר קבוצה המכילה זוגות סדורים מאיברי <math>G=(V,E)</math> נקרא גרף לא מכוון.
חושבים על הקבוצה <math>V</math> כקודקודים היא קבוצת ה'''קדקודים''' של הגרף ועל , והקבוצה <math>E</math> כקשתותהיא קבוצת הקשתות/צלעות של הגרף. את האיברים ב <math>E</math> נהוג לרשום כקבוצה <math>\{v,w\}\in E</math> (בגלל שזה זוגות לא סדורים)
'''הגדרה''': הסדר של גרף <math>G=(V,E)</math> הוא <math>|V|</math>. גרף יקרא סופי אם הסדר שלו סופי, וקבוצת הקשתות <math>E</math> סופית.
דוגמא'''הגדרה''': גרף <math>G</math> ייקרא '''לא מכוון''' אם היחס <math>V=\{1,2,3\}, E=\Big\{\{1</math> הוא סימטרי,2\}כלומר אין משמעות לכיוון הצלע. אחרת הגרף ייקרא מכוון. בגרף לא מכוון,\{2אין משמעות לכיוון הצלע,3\}ולכן לעתים מסמנים <math>(u,v)</math> בתור <math>\{1u,3\}\Bigv\}</math> מייצג משולש.
'''דוגמא''': <math>V=\{1,2,3\}, E=\Big\{\{1,2\},\{2,3\},\{1,3\}\Big\}</math> מייצג משולש. הסדר שלו הוא 3, כמספר הקדקודים במשולש. זהו גרף סופי.
'''הגדרהדוגמא''' הסדר של גרף : נביט בקבוצה <math>G=(V,E)\mathbb{Z}\times\mathbb{Z}</math> הוא , ובגרף <math>|V|G</math>מעליה, בו מחברים בין כל שני קדקודים במרחק 1 זה מזה - מתקבלת רשת אינסופית. זהו גרף יקרא סופי אם הסדר שלו סופי (וגם <math>E</math> סופית)אינסופי, בו לכל קדקוד יש ארבעה שכנים.
'''הערה''': שימו לב שמהניסוח לעיל נובע-
# בגרף יכולה להיות קשת מקדקוד אל עצמו (לולאה). זה שקול ל- <math>\exists (v,v) \in E</math>.
#צלע בין שני קדקודים יכולה להופיע אך ורק פעם אחת (כי <math>E</math> קבוצה). בפועל, יש גרפים שבהם מופיעה יותר מצלע אחת בין שני קדקודים (למשל שתי לולאות סביב נקודה). נסו לחשוב איך להגדיר את זה פורמלית.
'''הבהרה: אנחנו נעסוק בגרפים סופיים, לא מכוונים , בלי לולאות כלומר המקיימים <math>\forall v\in V : \{v,v\}\not\in E</math> ובלי צלעות כפולות, כלומר לא מופיע פעמיים <math>\{v,w\}</math> ב <math>E</math>. בנוסף הגרפים שלנו יהיו סופייםובלי לולאות'''.
'''הגדרה''' יהיה <math>G=(V,E)</math>. נאמר כי <math>v,w\in V</math> '''שכנים''' אם <math>(v,w)\in E</math>. במקרה זה נאמר כי הצלע <math>\{v,w\}\in E</math> חלה ב <math>w</math> (או חלה ב <math>v</math>)
'''הגדרה''' יהיה את קבוצת השכנים של <math>G=(V,E)u</math> נאמר כי מסמנים <math>\Gamma(u)=\{v,w\in V</math> שכנים אם <math>\; :\; \{v,wu\}\in E\}</math>.
במקרה זה נאמר כי הצלע ה'''דרגה''' של <math>\{vu</math>,wהמסומנת <math>\text{degree}\in E(u)</math> חלה , היא מספר הצלעות החלות ב <math>wu</math> (או חלה ב , כלומר <math>v|\Gamma(u)|</math>).
את קבוצת השכנים של <math>u</math> מסמנים כ <math>\Gamma(u)=\{v\in V \; :\; \{v,u\}\in E\}</math>
הדרגה של <math>u</math> (סימון'''דוגמא: <math>\text{degree}(u)</math>)היא מספר הצלעות החלות ב <math>u</math> או לחילופין <math>|\Gamma(u)|</math>''' במשולש, כל 2 קדקודים שכנים. כל קדקוד מדרגה 2: השכנים של כל קדקוד הם שני הקדקודים האחרים.
בדוגמא של המשולש - כל 2 קודקודים שכנים. כל קודקוד מדרגה 2==משפט (לחיצת הידיים)==יהי <math>G=(V,E)</math> גרף לא מכוון. השכנים של קודקוד מספר 1 הוא קודקוד אזי <math>\sum_{v\in V}\text{degree}(v)=2 + קודקוד 3|E|</math>.
 
==משפט''' (לחיצת הידיים)==
יהי <math>G=(V,E)</math> גרף לא מכוון. אזי <math>\sum_{v\in V}\text{degree}(v)=2|E|</math>.
=== תרגיל ===
הגדרה נאמר כי גרף <math>G=(V,E)</math> יקרא הוא <math>k</math>-'''רגולרי ''' אם כל הדרגה של כל קודקוד היא קדקוד שווה ל-<math>k (בדיוק)</math>. למשל, משולש הוא גרף 2-רגולרי.
הוכח כי אם <math>k,n</math> אי-זוגיים, לא קיים גרף <math>k</math>-רגולרי מסדר <math>n אם n,k אי-זוגיים</math>.
הוכחה:
אם n,k אי-זוגיים אז לפי משפט לחיצת הידיים <math>2|E|=\sum_{v\in V}\text{degree}(v)=n\cdot k</math>. לכן <math>nk</math> זוגי, ולכן <math>k</math> זוגי או <math>n</math> זוגי.
אבל מכפלה של מספרים אי זוגיים היא אי-זוגית. סתירה==הגדרות נוספות==
יהי <math>G=(V,E)</math> גרף לא מכוון. סדרת קדקודים (סדורה) <math>(v_0,v_1,\dots,v_n)</math> נקראת '''מסלול''' אם <math>\forall i : \{v_i,v_{i+1}\}\in E</math> וגם כל הצלעות שונות - כלומר לכל <math>i\neq j</math> מתקיים <math>(v_i,v_{i+1}) \neq (v_j,v_{j+1})</math>.
מסלול יקרא '''פשוט''' אם כל הקדקודים <math>(v_0,v_1,\dots,v_n)</math> שונים זה מזה, פרט אולי ל <math>v_0==עוד הגדרות:==v_n</math>, ובמקרה זה המסלול נקרא '''מעגל'''. אורך המסלול <math>(v_0,v_1,\dots,v_n)</math> הוא <math>n</math>, והנקודות <math>v_0</math> ו-<math>v_n</math> נקראות '''נקודות ההתחלה והסיום''' של המסלול.
יהי '''הגדרה''': המרחק בין <math>G=(v,u\in V,E)</math> גרף לא מכוון. סדרת קודקודים (סדורה) הוא המסלול עם אורך מינימלי בין <math>(v_0,v_1v,u\dots,v_n)in V</math> נקראת . אם אין מסלול אםבין הנקודות, אומרים שהמרחק הוא אינסוף. מסמנים את המרחק <math>\forall i : \{v_id(u,v_{i+1}\}\in Ev)</math> וגם כל הצלעות שונות - כלומר לכל <math>i\neq j</math> מתקיים כי , ואם יש צורך להדגיש את הגרפים אז מסמנים <math>d_G(v_iu,v_{i+1} \neq (v_j,v_{j+1})v)</math>.
מסלול יקרא פשוט אם כל הקודקודים ה'''קוטר''' של גרף <math>G=(v_0V,v_1,\dots,v_nE)</math> שונים זה מזה, פרט אולי ל מוגדר כמרחק המקסימאלי בין זוגות קדקודים - כלומר <math>v_0\operatorname{diam}(G)=v_n\max_{u,v\in V}{d(v,u)}</math>
מעגל הוא מסלול פשוט המקיים ===בניה===עבור גרף לא מכוון <math>v_0G=v_n(V,E)</math> נגדיר יחס שקילות <math>\to </math> על <math>V</math>, כך: לכל <math> v,u\in V</math> מתקיים <math> v\to u</math> אמ"מ קיים מסלול מ<math>v</math> ל-<math>u</math> (כלומר <math>u \to v \iff d(u,v)<\infty </math>).
אורך המסלול <math>(v_0,v_1,\dots,v_n)</math> הוא <math>n</math>'''תרגיל''': הוכח כי זהו יחס שקילות.
'''פתרון''':# ''רפלקסיבי'' - לכל קדקוד <math>v</math>, המסלול <math>(v)</math> עושה את העבודה.# ''סימטרי'' - אם <math> u\to v</math>, אז יש מסלול <math>(v_0,v_1,\dots,v_n)</math> הינו מסלול מ בין <math>u</math> ל-<math>v</math>. נביט במסלול ההפוך - <math> (v_n, v_{n-1}\dots ,v_1,v_0)</math> - זהו מסלול בין <math>v</math> ל -<math>u</math>, ולכן <math>v \to u</math>.# ''טרנזיטיבי'' - אם <math> u\to v</math> וגם <math> v\to w</math>, אז יש מסלולים <math> (v_1,\dots,v_n)</math> ו-<math> (v_1',\dots,v_n')</math>. היות ש-<math> v_n=v=v_1'</math>, נביט במסלול <math> (v_1,\dots,v_n=v_1',\dots,v_n')</math> - זהו מסלול המעיד על כך ש-<math> u\to w</math>.
'''הגדרה'''מחלקות השקילות של יחס זה נקראים רכיבי קשירות.
המרחק הגדרה: G יקרא קשיר אם בין כל שני קודקודים יש מסלול. זה שקול לכך שיש רכיב קשירות או באופן שקול <math>\forall v,u\in V</math> הוא המסלול עם אורך מינמאלי בין הקודקודים. (סימון <math>d(u,:[v)]_{\to}=V</math> או <math>d_G(u,v)</math> ).
אם אין מסלול בין <math>v,u\in V</math> נסמן <math>d(u,v)= \infty</math>'''דוגמא''': ציור חביב לפי דעת המתרגל.
הקוטר של גרף <math>G=(V,E)</math> מוגדר כמרחק המקסימאלי בין 2 קודקודים . כלומר תרגילים נוספים===תרגיל==נניח כ בגרף מתקיים <math>\max_{u,forall v\in V: \operatorname{degre}d(v,u)\geq 2</math>אז בגרף יש מעגל.
==בניה=='''פתרון''': נבחר <math>v_0\in V</math> ונצא ממנו לאחד משכניו. מפה נמשיך למסלול רנדומאלי כך שאם הולכים מ <math>v\to u</math> הצעד הבא לא יהיה <math>u\to v</math> (זה אפשרי כי כל קדקוד יש לפחות 2 שכנים אז אם נכנסים אליו משכן א ניתן לצאת משכן ב). כיוון שיש מספר סופי של קדקודים נקבל חזרה על קדקוד כלשהו בשלב כלשהו. בפעם הראשונה שנקבל חזרה קיבלנו מעגל!
עבור גרף לא מכוון ==תרגיל==יהי <math>G=(V,E)</math> נגדיר יחס שקילות גרף, ונסמן <math>\to delta_G=\underset{v\in V}{\min}\{deg(V)\}</math> על את הדרגה המינימלית בגרף. נניח <math>V\delta_G\geq 1</math> כך. הוכיחו:
לכל <math> v,u\in V</math> מתקיים <math> v\to u</math> אמ"מ קיים א. יש בגרף מסלול מפשוט מאורך לפחות <math>v</math> ל <math>u</math> (כלומר <math>d(v,u)<\infty delta_G</math>).
תרגיל: הוכח כי זהו יחס שקילותב. יש בגרף מעגל פשוט מאורך לפחות <math>\delta_G+1</math>.
'''הגדרה''' מחלקות השקילות של יחס זה נקראים רכיבי קשירות.===פתרון===
=תרגילים===תרגיל:==א. יהי גרף לא מכוון <math>G=(Vv_1,Ev_2,\dots ,v_k)</math> בעל מסלול פשוט מאורך מקסימלי. מתקיים: <math>3\leq ndeg(v_1)\geq \delta_G</math> קודקודים.אם בגרף טענה: כל שכניו נמצאים במסלול. הוכחה: אחרת אפשר להוסיף שכן שלא במסלול לתחילת המסלול ולקבל מסלול פשוט ארוך יותר בסתירה למקסימליות. לכן אורך המסלול לפחות כמו <math>n\leq m delta_G</math> צלעות אזי בגרף יש מעגל.
הוכחה: באינדוקציהב. יהי <math>(v_1,v_2,\dots ,v_k)</math> מסלול פשוט מאורך מקסימלי. ראינו שכל שכני הראשון במסלול, ולכן מספיק לקחת את המסלול עד שמגיעים לאחרון השכנים, ואז לחזור חזרה ל <math>v_1</math> ולקבל מעגל פשוט מהאורך המתאים.
עבור ==תרגיל==יהי <math>nG=(V,E)</math> גרף בעל <math>n\ge 3</math> אזי יש מדובר במשולש (לא יכול להיות יותר מ קדקודים. ו-4 <math>m \ge n </math> צלעות ב-3 קודקודים) ואכן מתקיים כי . אזי בגרף יש מעגל.
נניח כי הטכנה נכונה עבור <math>n</math> ונוכיח עבור <math>n+1</math>.יהי יהי גרף לא מכוון <math>G=(V,E)</math> בעל <math>3< n+1</math> קודקודים ו- <math>n+1\leq m </math> צלעות'''פתרון''': באינדוקציה.
אפשרות 1: קיים עבור <math>v\in Vn=3</math> מדרגה 1. נוריד את הקודקוד הזה הגרף הוא בהכרח משולש (ואת כל הצלעות שחלות בו) ונקבל גרף חדש עם <math>n</math> קודקודים ו<math>n\leq mלא יכולות להיות יותר מ-1 </math> 3 צלעות. לפי הנחת האינדוקציה קיים בו מעגל. עבור 3 קדקודים) ואכן יש מעגל זה קיים גם בגרף בו התחלנו.
אפשרות 2: לכל קודקוד יש דרגה גדולה שווה 2. נבחר נניח כי הטענה נכונה עבור <math>v_0\in Vn</math> ונוכיח עבור <math>n+1</math> ונצא ממנו לאחד משכניו. מפה נמשיך למסלול רנדומאלי כך שאם הולכים מ יהי <math>v\to uG</math> הצעד הבא לא יהיה בעל <math>un+1>3</math> קדקודים ו- <math> m\to vge n+1</math> (זה אפשרי כי כל קודקוד יש לפחות 2 שכנים אז אם נכנסים אליו משכן א ניתן לצאת משכן ב). כיוון שיש מספר סופי של קודקודים נקבל חזרה על קודקוד בשלב כלשהואצלעות. בפעם הראשונה שנקבל חזרה קיבלנו מעגל!
== תרגיל ==יהי G גרף פשוט (ללא לולאות וללא צלעות מקבילות) מסדר <math>1<n</math>''אפשרות 0'' - קיים קדקוד מדרגה 0 - כלומר אין לו שכנים. הוכח שקיימים 2 קודקודים בעל אותה דרגהאז נביט בגרף בלי הקדקוד הזה, ומהנחת האינדוקציה נקבל שיש בו מעגל; זהו מעגל גם בגרף המקורי.
הוכחה''אפשרות 1'':קיים <math>v\in V</math> מדרגה 1. נוריד את הקדקוד הזה (ואת הצלע שחלה בו) ונקבל גרף חדש עם <math>n</math> קדקודים ו<math>m-1 \ge n </math> צלעות. לפי הנחת האינדוקציה קיים בו מעגל. מעגל זה קיים גם בגרף בו התחלנו.
נבנה פונקציה <math>f''אפשרות 2'':V\to \{0,1,\dots n-1\} </math> המוגדרת <math>v\mapsto deg(v)</math>לכל קדקוד דרגה גדולה שווה 2. ולפי תרגיל קודם יש מעגל
אם קיים קודקוד מדרגה n-1 אזי הוא מחובר לכולם ולכן אין קודקוד מדרגה אפס. במקרה זה נוכל להגדיר ==תרגיל==יהי <math>G</math> גרף מסדר <math>f:V\to \{1,\dots n->1\} </math>. הוכח שקיימים 2 קדקודים בעלי אותה דרגה.
'''פתרון:''' נביט בפונקציית הדרגה <math>\operatorname{deg}:V \to \{0,1,\dots,n-1\}</math> השולחת כל איבר אל הדרגה שלו: <math>v\mapsto \operatorname{deg}(v)</math>; כדי להבין את התמונה של הפונקציה, נשים לב שיש שני מקרים:#אם קיים קדקוד מדרגה <math>n-1</math>, אז הוא מחובר לכולם ולכן אין קודקוד כזה קדקוד מדרגה אפס. במקרה זה מתקיים <math>\operatorname{Im}(f) \subseteq \{1,\dots n-1\} </math>.#אם אין קדקוד מדרגה <math>n-1</math> אז נוכל להגדיר <math>\operatorname{Im}(f:V) \to subseteq \{0,1,\dots n-2\} </math>.
בשני המקרים קיבלנו כי <math>|\operatorname{dom}(f)|=|V|=n, |\operatorname{Im}(f)|=\le n-1</math> ולכן <math>f</math> אינה חח"ע. כלומר קיימים <math>v_1\neq v_2</math> כך ש <math>f(v_1)=f(v_2)</math> כלומר בעלי דרגה שווה.
== תרגיל ==
יהיה <math>G=(V,E)</math> גרף פשוט עם 100 קודקודים כך שדרגת כל קודקוד לפחות 50. הוכח כי G קשיר.
הוכחה: יהיו ==תרגיל==יהיה <math>vG=(V,u\in VE)</math> צריך להוכיח כי <math>[v]=[u]</math> (גרף פשוט עם 100 קדקודים כך נסמן את רכיב הקשירות)שדרגת כל קדקוד לפחות 50.נניח הוכח כי הם שונים אזי ב<math>|[v]|,|[u]|\geq 50G</math> והם זרים. לכן <math>[v]=[u]=50</math> אבל ברכיב קשירות שיש בו 50 קודקודים דרגת כל קודקוד קטנה שווה ל 49קשיר. סתירה
==תרגיל'''פתרון''':יהיו <math>v,u\in V</math>. צריך להוכיח כי <math>[v]==[u]</math> (כך נסמן את רכיב הקשירות).נניח כי הם שונים, אזי ב<math>|[v]|,|[u]|\geq 51</math> ( הקודוקד + לפחות 50 שכנים). אלו הם שני מרכיבי קשירות שונים ולכן הם זרים, ומכך שבגרף יש לכל הפחות 102 קדקודים, סתירה.
יהי '''הערה:''' אפשר להכליל את התרגיל, ולהפוך אותו לתרגיל על קוטר של גרף לא מכוון : יהי <math>G=(V,E)</math> גרף עם <math>|V|=n</math>. הוכח כי אם הוכיחו שאם דרגת כל קודקוד היא לפחות <math>\forall v\in V : \textfrac{degreen-1}{2}</math> אז <math>diam(vG)\geq leq 2</math> אז בגרף יש מעגל, ובפרט <math>G</math> קשיר.
הוכחה: בגרף יש יותר מ 2 קודקודים יהיו <math>v,u\in V</math>. אם הם שכנים אז <math>d(אחרת v,u)=1</math>. אם לא יהיה , אז נניח בשלילה שאין להם 2 שכניםשכן משותף ונקבל ש- <math>\Gamma(v).לפי משפט לחיצת הידיים מתקיים \cap \Gamma(u)=\varnothing</math>, ובנוסף <math>2|E|= \sum_{Gamma(v)|,|\in V}Gamma(u)|\geq \textfrac{degreen-1}{2}</math>, ולכן יש בגרף לפחות <math>|\Gamma(v)\geq cup \Gamma(u)\cup \sum_{v,u\in V}2 |=2|V|\cdot \frac{n-1}{2}+2=n+1</math>קודקודים (נובע מכך שהאיחוד זר) בסתירה. לכן יש להם שכן משותף ולכן מספר הצלעות גדול שווה ממספר הקודקודים<math>d(v,u)=2</math>. לפי משפט קודם קיים מעגל בגרףבסה"כ נקבל <math>\forall v,u:d(v,u)\leq 2</math> ולכן <math>diam(G)\leq 2</math>.
==תרגיל==
יהי <math>G=(V,E)</math> גרף ללא מעגלים עם <math>|V|\geq 2</math>. הוכח כי קיימים <math>v_1,v_2\in V</math> כך שדרגתם לכל היותר 1.
תרגיל'''פתרון''':לפי תרגיל קודם קיים <math>v\in V</math> כך שדרגתו לכל היותר 1 (אחרת לכל הקדקודים יש דרגה לפחות 2 ואז יש מעגל לפי תרגיל קודם).
יהי גרף לא מכוון נמשיך באינדוקציה על <math>G=(V,E)n</math> ללא מעגלים עם <math>|V|\geq 2</math>. הוכח כי קיימים <math>v_1,v_2\in V</math> כך שדרגתם לכל היותר 1מספר הקדקודים בגרף.
הוכחה: לפי תרגיל קודם קיים אם <math>v\in Vn=2</math> כך שדרגתו לכל היותר 1 (אחרת לכל הקודקודים יש דרגה לפחות אזי או שהגרף הוא 2 ואז יש מעגל לפי תרגיל קודםנקודות ללא צלעות או 2 נקודות המחוברות בצלע. סתירה!)בכל מקרה 2 הנקודות של הגרף הן מדרגה קטנה שווה ל-1.
נמשיך באינדוקציה על כעת נניח כי הטענה נכונה עבור <math>n\geq 2</math>. נוכיח את הטענה עבור <math>n+1</math> מספר הקודקודים בגרף.
נבחר את הקדקוד <math>v\in V</math> שדרגתו לכל היותר 1. נוריד אותו ואת הצלע שחלה בו (אם קיימת), ונקבל גרף עם <math>n=</math> קדקודים. לפי הנחת האינדוקציה יש בו 2קדקודים<math>v_1,v_2</math> בעלי דרגה 1 לכל היותר. כעת נשוב לגרף המקורי (הכולל את <math>v</math> שהשמטנו). יש מספר מקרים:# אם <math>v</math> שכן של <math>v_1</math> אזי או שהגרף הוא 2 נקודות לא צלעות או 2 נקודות המחוברות בצלע<math>v,v_2</math> בעלי דרגה לכל היותר 1. בכל מקרה 2 הנקודות # אם <math>v</math> שכן של הגרף הם מדרגה קטנה שווה ל<math>v_2</math> אזי <math>v,v_1</math> בעלי דרגה לכל היותר 1. # אם <math>v</math> שכן של <math>v_1,v_2</math> -סתירה כי הדרגה של <math>v</math> היא 1 לכל היותר.# אם <math>v</math> לא שכן של <math>v_1,v_2</math> אזי <math>v,v_1,v_2</math> בעלי דרגה לכל היותר 1.
כעת נניח בכל מקרה קיבלנו כי הטענה נכונה עבור קיימים 2 קדקודים בעלי דרגה 1 לכל היותר! ==תרגיל==הוכח/הפרך:# אם מתקיים <math>n\geq forall v \in V: \operatorname{deg}(v)\ge2</math>, אז <math>G</math> קשיר.# קיים גרף בן שישה קדקודים 1,2,3,4,4,5.# קיים גרף בן שישה קדקודים 1,2,3,4,5,5. '''פתרון''':# לא נכון, למשל שני משולשים מופרדים.# לא נכון, כי סכום הדרגות אי-זוגי, בסתירה למשפט לחיצת הידיים.# הפעם משפט לחיצת הידיים לא נכשל, אך זה עדיין לא נכון - אילו היו שני קדקודים מדרגה 5, הר שכל הקדקודים היו מחוברים אל שניהם, ולכן אין קדקוד מדרגה 1. ==תרגיל==יהא <math>G=(V,E)</math>גרף פשוט סופי לא מכוון. נוכיח נניח כי <math>V=V_1\cup V_2</math> איחוד זר (כלומר החיתוך <math>V_1\cap V_2=\emptyset</math>. עוד נניח כי קיים <math>v_i\in V_i</math> כך שקיימת קשת <math>(v_1,v_2)\in E</math> והיא הקשת היחידה בין <math>V_1</math> ל <math>V_2</math>. הוכיחו שקיים קודקוד בעל דרגה אי זוגית. פתרון: נסתכל על תת הגרף <math>V_1</math> אם <math>v_1</math> בעל דרגה זוגית בו אז הוא יהיה בעל דרגה אי זוגית ב V. אחרת דרגתו ב V1 אי זוגית ולכן לפי משפט לחיצת הידיים שסכום הדרגות זוגיות, קיים עוד קודוד בעל דרגה אי זוגית ב V1. כיוון שהקשת היחידה בין <math>V_1</math> ל <math>V_2</math> היא <math>(v_1,v_2)\in E</math> נקבל כי קודקוד זה בעל דרגה אי זוגית גם ב G. ==תרגיל==יהא <math>G=(V,E)</math> גרף פשוט סופי לא מכוון קשיר בעל מעגל יחיד עם <math>3\leq |V|</math>. הוכיחו כי <math>|E|=|V|</math>  פתרון: נסמן את הטענה עבור המעגל היחידי ב G ב <math>C=(v_0,\dots,v_n)</math>. טענה: <math>|V|\leq |E|</math> הוכחה: נסתכל על הגרף <math>G'=(V,E\setminus \{v_{n+-1},v_n\})</math> הוא בעל <math>|E|-1</math> קשתות אך עדיין קשיר (כי אם יש מסלול המערב את הקשת שהורדה ניתן להחליף אותה <math>C=(v_0,\dots,v_{n-1})</math>.) לכן לפי הרצאה יש לו לפחות <math>|V|-1</math> קשתות ולכן <math>|V|-1\leq |E|-1</math> ואחרי העברת אגפים נקבל את המבוקש. טענה: <math>|E|\leq |V|</math> הוכחה: נניח בשלילה כי <math>|V|+1\leq |E|</math>
נבחר את הקודקוד נסתכל על הגרף <math>vG'=(V,E\setminus \in V{v_{n-1},v_n\})</math> שדרגתו לכל היותר 1. נוריד אותו ואת הצלע שחלה בו אזי נקבל גרף עם הוא בעל <math>n|V| \leq|E|-1</math> קודקודים. קשתות אך הרסנו את המעגל היחידי שהיה ב G אבל לפי הנחת האינדוקציה תרגיל ממקודם אם מספר הצלעות גדול שווה ממספר הקודקודים יש בו 2 קודקודים<math>v_1,v_2</math> בעלי דרגה 1 לכל היותרמעגל. כעת נשוב לגרף המקורי (הכולל את <math>v</math> שהשמטנו)סתירה.
אם <math>v</math> שכן ==תרגיל==א. מהו הקוטר המקסימלי של גרף קשיר עם <math>v_1n</math> אזי <math>v,v_2</math> בעלי דרגה לכל היותר 1. קודקודים?
אם <math>v</math> שכן ב. מהו המספר המינימלי של קשתות בגרף עם <math>v_2n</math> אזי <math>v,v_1</math> בעלי דרגה לכל היותר 1. קודקודים וקוטר 2?
אם <math>v</math> שכן של <math>v_1,v_2</math> - סתירה כי הדרגה של <math>v</math> היא 1 לכל היותר.'''פתרון:'''
אם א. <math>vn-1</math> . לא שכן של יכול להיות יותר כי הקוטר מוגדר כמרחק המקסימלי בין קודקודים, ומרחק הוא אורך המסלול הקצר, ומסלול קצר לא מכיל מעגלים, ולכן מכיל לכל היותר <math>v_1,v_2n</math> אזי קודקודים, ולכן לכל היותר <math>v,v_1,v_2n-1</math> בעלי דרגה לכל היותר קשתות. גרף קו הוא עם קוטר <math>n-1</math> כי זה המרחק בין הימני ביותר לשמאלי ביותר, לכן זה הקוטר המקסימלי.
בכל מקרה קיבלנו ב. <math>n-1</math>. לא יכול להיות פחות כי קיימים אז הגרף לא יהיה קשיר וקטרו יהיה אינסוף ולא 2 . גרף כוכב (יש קודקוד <math>u</math> המקיים <math>E=\{\{u,v\}:u\neq v\}</math> כלומר, הוא מחובר לכולם ואין עוד קשתות) הוא עם <math>n-1</math> קשתות וקוטר 2, כי המרחק בין שני קודקודים בעלי דרגה שאינם <math>u</math> הוא 2 (ואם אחד מהם הוא <math>u</math> אז 1 לכל היותר!).
453
עריכות