Двойственный граф планарного графа — различия между версиями

Материал из Викиконспекты
Перейти к: навигация, поиск
(фикс)
Строка 12: Строка 12:
  
  
«…Для данного плоского графа ''G'' его ''двойственный граф G&prime; ''строится следующим образом: поместим в каждую область ''G'' (включая внешнюю) по одной вершине графа ''G&prime;'' и, если две области имеют общее ребро ''x'', соединим помещенные в них вершины ребром ''x&prime;'', пересекающим только ''x''. В результате всегда получится плоский псевдограф. Ясно, что ''G&prime;'' имеет петлю тогда и только тогда, когда в ''G'' есть концевая вершина; ''G&prime;'' имеет кратные рёбра тогда и только тогда, когда две области графа ''G'' содержат по крайней мере два общих ребра. Таким образом, двусвязный плоский граф имеет всегда в качестве двойственного или граф или мультиграф, в то время как двойственный граф трёхсвязного плоского графа всегда представляет собой граф. Другими примерами двойственных графов являются платоновы графы: тетраэдр — самодвойственный граф, куб и октаэдр — двойственные, так же как додекаэдр и икосаэдр…»<ref>''Харари, Ф.'' Теория графов. — М.: Книжный дом «ЛИБРОКОМ», 2009. — С. 138. — ISBN 978­-5­-397­-00622­-4.</ref>.
+
Чтобы для данного плоского графа ''G'' построить двойственный ''G&prime;'', необходимо поместить по вершине ''G&prime;'' в каждую грань ''G'' (включая внешнюю), а затем, если две грани в ''G'' имеют общее ребро, соединить ребром соответствующие им вершины в ''G&prime;'' (если грани имеют несколько общих рёбер, соответствующие вершины следует соединить несколькими параллельными рёбрами). В результате всегда получится плоский псевдограф.
 +
 
 +
Например: тетраэдр — самодвойственный граф, куб и октаэдр — двойственные, так же как додекаэдр и икосаэдр. Эти пять графов, образованные вершинами и рёбрами правильных многогранников, называют ''платоновыми''.
  
  

Версия 05:25, 17 ноября 2010

Эта статья находится в разработке!


Определение:
Граф[1] G′ называется двойственным к планарному графу G, если:
  1. Вершины G′ соответствуют граням G
  2. Между двумя вершинами в G′ есть ребро тогда и только тогда, когда соответствующие грани в G имеют общее ребро
Граф (белые вершины) и двойственный ему (полосатые вершины).


Чтобы для данного плоского графа G построить двойственный G′, необходимо поместить по вершине G′ в каждую грань G (включая внешнюю), а затем, если две грани в G имеют общее ребро, соединить ребром соответствующие им вершины в G′ (если грани имеют несколько общих рёбер, соответствующие вершины следует соединить несколькими параллельными рёбрами). В результате всегда получится плоский псевдограф.

Например: тетраэдр — самодвойственный граф, куб и октаэдр — двойственные, так же как додекаэдр и икосаэдр. Эти пять графов, образованные вершинами и рёбрами правильных многогранников, называют платоновыми.


В верхнем двойственном графе есть вершина степени 6, а в нижнем — нет. Следовательно, они не изоморфны.

Свойства

Дерево и двойственный к нему «цветок».‎
  • Если G′двойственный к двусвязному графу G, то Gдвойственный к G′
  • У одного и того же графа может быть несколько двойственных, в зависимости от конкретной укладки (см. картинку)
  • Поскольку любой трёхсвязный планарный граф допускает только одну укладку на сфере[2], у него должен быть единственный двойственный граф
  • Мост переходит в петлю, а петля — в мост
  • Мультиграф, двойственный к дереву, — цветок


Самодвойственные графы

Определение:
Планарный граф называется самодвойственным, если он изоморфен своему двойственному графу.
Колесо и колесо.
[math]K_4[/math] (он же кольцо).


Утверждение:
[math]K_1[/math] и [math]K_4[/math] — самодвойственные графы. Среди полных графов других самодвойственных нет.
[math]\triangleright[/math]
Проверить, что [math]K_1[/math] и [math]K_4[/math] полны и самодвойственны несложно. Докажем, что других нет.
Поскольку грани графа переходят в рёбра, количество рёбер и граней в исходном графе должно совпадать, т.е. [math]V = F[/math].
Подставив в формулу Эйлера имеем: [math]2V = E + 2 \Leftrightarrow V = \frac{E}{2} + 1[/math].
В полном графе [math]E = \frac{V \dot (V - 1)}{2}[/math].
Получаем квадратное уравнение: [math]V^2 - 5V + 4 = 0[/math].
Его решения: [math]V_1 = 1[/math] и [math]V_2 = 4[/math].
Таким образом, чтобы полный граф был самодвойственным, в нём должна быть ровно одна или четыре вершины.
[math]\triangleleft[/math]

Утверждение:
Все колёса самодвойственны.
[math]\triangleright[/math]
Это утверждение очевидно.
Достаточно убедиться, что два варианта укладки колеса (вершина с большой степенью внутри или вершина с большой степенью снаружи) двойственны друг другу.
[math]\triangleleft[/math]

Примечания

  1. На самом деле, двойственный графпсевдограф, поскольку в нём могут быть петли и кратные рёбра.
  2. Харари, Ф. Теория графов. — М.: Книжный дом «ЛИБРОКОМ», 2009. — Теорема 11.5 — С. 130. — ISBN 978­-5­-397­-00622­-4.