Теорема Гринберга

Теорема Гринберга(англ. Grinberg) - необходимое условие содержания гамильтонова цикла планарным графом.

Теорема (Гринберга):

Пусть [math]G[/math] плоский граф без петель с гамильтоновым циклом [math]C[/math], который делит плоскости на две области [math]R[/math] и [math]R'[/math]. Пусть [math]k_i[/math] и [math]k'_i[/math] — количества граней размера [math]i[/math] в [math]R[/math] и [math]R'[/math] соответственно. Тогда [math]\sum_{i=3}^{V(G)}(i-2)(k_i-k'_i)=0[/math]

Доказательство:

[math]\triangleright[/math]

Отметим, что в гамильтоновом графе [math]G[/math], очевидно, нет мостов и граница любой грани — простой цикл. Поэтому размер границы каждой его грани не более [math]V(G)[/math]. Пусть [math]e[/math] и [math]e'[/math] — количества рёбер графа [math]G[/math], лежащих внутри областей [math]R[/math] и [math]R'[/math] соответственно. Так как [math]C[/math] — гамильтонов цикл графа [math]G[/math], то область R разбита на [math]e + 1[/math] граней. а область [math]R'[/math] — на [math]e' + 1[/math] граней. Получаем соотношения: (1) [math]\sum_{i=3}^{V(G)}k_i=e+1[/math], [math]\sum_{i=3}^{V(G)}k'_i=e'+1[/math] Каждое внутреннее ребро области [math]R[/math] входит в границы двух внутренних граней области [math]R[/math], а каждое ребро цикла [math]C[/math] — в границу одной внутренней грани этой области. Аналогичное соотношение верно и для [math]R'[/math]. Следовательно, (2) [math]\sum_{i=3}^{V(G)}i*k_i=2e+E(C)[/math], [math]\sum_{i=3}^{V(G)}i*k'_i=2e'+E(C)[/math] Из соотношений (1) и (2) получаем: [math]\sum_{i=3}^{V(G)}i(k_i-k'_i)=2(e - e')=\sum_{i=3}^{V(G)}2(k_i-k'_i)[/math] откуда немедленно следует доказываемое утверждение.

[math]\triangleleft[/math]