Гипотеза Хивуда — различия между версиями

Материал из Викиконспекты
Перейти к: навигация, поиск
(Первая версия)
(нет различий)

Версия 17:32, 1 декабря 2019

Определение:
Хроматическим числом поверхности поверхности [math]S_n[/math] или [math]n[/math]-ым числом Хивуда называется число [math]\chi \left( S_n \right)[/math], равное максимальному хроматическому числу графа, который можно уложить на поверхность [math]n[/math]-ого рода.


Теорема (Теорема Хивуда о раскраске карт):
Для любого положительного целого числа [math]n[/math] хроматическое число поверхности [math]n[/math]-ого рода определяется формулой [math]\chi \left( S_n \right) = \left[ \dfrac{ 7 + \sqrt{1 + 48n} }{ 2 } \right][/math]
Доказательство:
[math]\triangleright[/math]

Для начала докажем [math]\chi \left(S_n\right) \leqslant \left[ \dfrac{7 + \sqrt{1 + 48n}}{2} \right][/math]

Пусть задан граф [math]G[/math] с [math]V[/math] вершина, [math]E[/math] рёбрами и [math]F[/math] гранями, также будем считать, что [math]G[/math] [math]-[/math] триангуляция (добавляя таким образом рёбра мы всё ещё получаем граф, который можно уложить на поверхности [math]n[/math]-ого рода). Обозначим за [math]d[/math] [math]-[/math] среднюю степень вершины графа [math]G[/math], тогда должно быть справедливым следующее равенство:

[math]dV = 2E = 3F[/math].

Воспользуемся следующей формулой Эйлера

[math]V - E + F = 2 - 2 n[/math]

Откуда [math]E = V + F + 2 (n - 1)[/math] и [math]F = 2 V + 4 (n - 1)[/math] и подставляя в первое равенство получаем

[math]dV = 6V + 12(n - 1)[/math]

[math]d = 6 + \dfrac{12(n - 1)}{V}[/math]

Поскольку [math]d \leqslant V - 1[/math], то получаем, что

[math]V - 1\geqslant 6 + \dfrac{12(n - 1)}{V}[/math].

Найдя единственный положительный корень неравенства получаем

[math]V \geqslant \left[ \dfrac{7 + \sqrt{1 + 48n}}{2} \right][/math]

Обозначим за [math]H(n) = \left[ \dfrac{7 + \sqrt{1 + 48n}}{2} \right][/math]. Если [math] V \leqslant H(n)[/math], то тогда граф [math]G[/math] очевидно можно раскрасить в [math]H(n)[/math] цветов и неравенство верное. Допустим, что [math]V \gt H(n)[/math], тогда

[math] d \lt 6 + \dfrac{12(n - 1)}{H(n)} = H(n) - 1[/math]

Значит в такое графе существует хотя бы одна вершина степени не больше [math]H(n) - 2[/math], стянем её с любой соседней и получим новый граф [math]G'[/math] с [math]V - 1[/math] вершинами. Если [math]V - 1 = H(n)[/math], то граф [math]G'[/math] можно раскрасить в [math]H(n)[/math] цветов, значит и сам граф [math]G[/math] можно также раскрасить в [math]H(n)[/math] цветов, иначе снова повторим наш алгоритм.

Осталось доказать нижнюю границу для [math]\chi \left(S_n\right)[/math], для этого воспользуемся неравенством

[math]n \geqslant \gamma\left(K_p\right) = \left\{\frac{(p - 3)(p - 4)}{12}\right\}[/math], функция монотонно возрастает при [math]p \geqslant 4[/math], и для любого [math]n[/math] наибольшее значение функция [math]\left\{\frac{(p - 3)(p - 4)}{12}\right\}[/math] достигается при [math]p=\left[\dfrac{7 + \sqrt{1 + 48n}}{2} \right][/math]. Поскольку [math]\chi\left(K_p\right) = p[/math], откуда получаем, что [math]H(n)[/math] неулучшаемая нижняя граница для числа [math]\chi\left(S_n\right)[/math].
[math]\triangleleft[/math]

См. также

Источники информации