Максимальное количество попарно непересекающихся остовных деревьев в графе с n вершинами

Утверждение:

Максимальное количество попарно непересекающихся остовных деревьев в графе с [math]n[/math] вершинами равно [math] \left \lfloor {\dfrac{n}{2}}\right \rfloor [/math]

[math]\triangleright[/math]

Очевидно, что наибольшее количество непересекающихся остовных деревьев может быть только в полном графе из [math]n[/math] вершин. Количество ребер в таком графе равно [math] \dfrac{n(n - 1)}{2}[/math], а в каждом дереве [math]n - 1[/math] ребро. Значит, в полном графе мы сможем построить не более [math] \dfrac{n(n - 1)}{2(n - 1)} = \left \lfloor {\dfrac{n}{2}}\right \rfloor[/math] остовных деревьев. Алгоритм построения остовных деревьев. Расположим вершины на окружности так, чтобы они образовывали правильный многоугольник, и выберем начальную вершину(рис.1). Для [math]\left \lfloor {\dfrac{n}{2}}\right \rfloor[/math] вершин по часовой стрелке, начиная с этой вершины, будем строить остовные деревья. Для [math]i[/math]-ой вершины строим такой путь [math]:[/math][math]V_i V_{i+1} V_{i-1} V_{i+2} V_{i-2}\ldots, [/math] — до тех пор, пока не соединим все вершины. Это и будет остовным деревом (рис.2). Докажем, что построенные с помощью такого алгоритма остовные деревья будут попарно непересекающимися. Для этого докажем, что никакие ребра не совпадут. Ребра могут совпасть только в том случае, если дуги, на которые эти ребра опираются, будут одинаковой длины. Заметим также, что каждое следующее остовное дерево является поворотом предыдущего. Рассмотрим первое построенное остовное дерево (рис.3) В нем не более [math]2[/math]-х ребер имеют одинаковую длину дуги (длина дуги у ребра, расположенного на диаметре окружности, не совпадает с длиной дуги любого другого ребра данного остовного дерева). Значит, повороты только этих ребер могут совпасть между собой. А чтобы они совпали, помимо одинаковых длин дуг у них должны совпасть концы. Покажем, что такого не произойдет. Докажем, что повороты ребра, расположенного на диаметре окружности, не совпадут друг с другом (если [math]n[/math] нечетно, то такого ребра не будет). Чтобы хоть какой-то поворот совпал, мы должны повернуть ребро на [math]180 ^{\circ}[/math]. Каждый раз мы поворачиваем ребро на [math]\dfrac{360 ^{\circ}}{n}[/math]. А так как мы поворачиваем ребро [math]\dfrac{n}{2} - 1[/math] раз, то в сумме мы повернем его на [math]\dfrac{360 ^{\circ}}{n}[/math] [math]([/math][math]\dfrac{n}{2} - 1 [/math][math])[/math] [math]=180 ^{\circ} - \dfrac{360 ^{\circ}}{n} \lt 180 ^{\circ}[/math]. А это значит, что никакие ребра не совпадут друг с другом.

[math]\triangleleft[/math]