Изменения

|definition='''Панциклический граф''' (англ. ''pancyclic graph'') {{---}} граф, в котором есть циклы всех длин от <tex> 3 </tex> до <tex> n </tex> . Если граф содержит все циклы от <tex> r </tex> до <tex> n </tex>, то такой граф называют <tex> r </tex>-панциклическим.

Пусть <tex>G = <(V, E> ) </tex> {{---}} гамильтонов граф, <tex>|V| = n, |E| \geqslant \genfrac{}{}{}{0}{n^2/}{4 } </tex>.

#<tex> G </tex> = <tex>K_{\genfrac{}{}{}{}{n / }{2}, \genfrac{}{}{}{}{n / }{2}}</tex>

[[Файл:Circle 1.jpg|200px|left|thumb| <tex> v_k </tex> на дуге <tex> (v_{j + l - 1}, v_{j + l}, v_{j -1}) </tex> и ребра (<tex>v_j, v_k</tex>) и (<tex>v_{j+1}, v_{k-l+3}</tex>) выделены. Дуги и ребра, окрашенные в зеленый цвет, образуют цикл длины l]] [[Файл:Circle 2.jpg|200px|right|thumb| <tex> v_k </tex> на дуге <tex> (v_{j + 2}, v_{j + 3}, v_{j + l - 2}) </tex> и ребра (<tex>v_j, v_k</tex>) и (<tex>v_{j+1}, v_{k-l+1}</tex>) выделены. Дуги и ребра, окрашенные в зеленый цвет, образуют цикл длины l]] Обозначим как <tex> C=v_1 v_2 v_3 \ldots v_n </tex> гамильтонов цикл в графе <tex> G </tex>. Для простоты расположим <tex> C </tex> на окружности. Также подразумевается, что все индексы при вершинах берутся по модулю, то есть <tex> v_j = v_{((j - 1)\bmod n) + 1} </tex>.  Пусть граф не панциклический, тогда в неи нет цикла длины <tex> l </tex>, <tex> 3 \leqslant l \leqslant n-1 </tex> (по условию в графе существует гамильтонов цикл, длина которого равна <tex> n </tex>). Рассмотрим две соседние вершины <tex> v_j v_{j+1} </tex> и вместе с ними рассмотрим следующие пары:  Для <tex>k</tex> таких, что <tex> v_k </tex> лежит на дуге <tex> (v_{j + l - 1}, v_{j + l}, v_{j -1}) </tex> рассмотрим пары (<tex>v_j, v_k</tex>) и (<tex>v_{j+1}, v_{k-l+3}</tex>) Для <tex>k</tex> таких, что <tex> v_k </tex> лежит на дуге <tex> (v_{j + 2}, v_{j + 3}, v_{j + l - 2}) </tex> рассмотрим пары (<tex>v_j, v_k</tex>) и (<tex>v_{j+1}, v_{k-l+1}</tex>)  При добавлении таких пар ребер в графе появляется цикл длины <tex> l </tex>. Действительно:*Рассмотрим первый случай, когда <tex> v_k </tex> лежит на дуге <tex> (v_{j + l - 1}, v_{j + l}, v_{j -1}) </tex> и существуют ребра (<tex>v_j, v_k</tex>) и (<tex>v_{j+1}, v_{k-l+3}</tex>). Длина цикла равна <tex> len((v_{k - l + 3}, v_{k - l + 4}, v_{k})) + 3 = k - (k - l + 3) + 3 = l - 3 + 3 = l </tex>. *Рассмотрим второй случай, когда <tex> v_k </tex> лежит на дуге <tex> (v_{j + 2}, v_{j + 3}, v_{j + l - 2}) </tex> и существуют ребра (<tex>v_j, v_k</tex>) и (<tex>v_{j+1}, v_{k-l+1}</tex>). Тогда длина цикла равна <tex> len((v_{k}, v_{k - 1}, v_{k - l + 1})) - 1 + 2 = k - (k - l + 1) - 1 + 2 = l - 1 - 1 + 2 = l </tex>. Значит в <tex> G </tex> может входить максимум одно ребро из таких пар. Тогда можно утверждать, что <tex> deg(v_j) + deg(v_{j + 1}) \leqslant n </tex>.

Обозначим как {{Лемма|statement=Если для графа <tex> G </tex> выполнены условия из теоремы и в нем отсутствует цикл длины <tex> C=v_1 v_2 v_3 l </tex>, <tex> 3 \leqslant l \ldots v_n leqslant n-1 </tex> гамильтонов цикл , то количество вершин в графе четное|proof= Доказательство будем вести методом от противного.*Пусть <tex> n </tex> является нечетным, тогда из рассуждений выше существует вершина <tex> v_x </tex>, для которое верно, что <tex> deg(v_x) \leqslant \genfrac{}{}{}{0}{n-1}{2} </tex>. **Пусть это не так, тогда <tex> \forall i, 1 \leqslant i \leqslant n : deg(v_i) \geqslant \genfrac{}{}{}{0}{n-1}{2} + 1 = \genfrac{}{}{}{0}{n+1}{2} </tex>, значит <tex> \forall j, 1 \leqslant j \leqslant n : deg(v_j) + deg(v_{j+1}) \geqslant \genfrac{}{}{}{0}{n+1}{2} + \genfrac{}{}{}{0}{n+1}{2} = n + 1 </tex> G , то есть мы получили противоречие с тем, что <tex> deg(v_j) + deg(v_{j + 1}) \leqslant n </tex>. Для простоты расположим *Без потери общности пусть <tex> C v_x = v_n </tex>. Рассмотрим <tex> 2|E| = \sum\limits_{i=1}^n deg(v_i) = \sum\limits_{i=1}^{\genfrac{}{}{}{}{n - 1}{2}} (deg(v_{2i-1}) + deg(v_{2i})) + deg(v_n) \leqslant \genfrac{}{}{}{0}{n(n-1)}{2} + </tex> <tex> \genfrac{}{}{}{0}{n-1}{2} < \genfrac{}{}{}{0}{n^2}{2} </tex> на окружности, тогда ребра не принадлежащие то есть <tex> |E| < \genfrac{}{}{}{0}{n^2}{4} </tex>, но по условию <tex> C |E| \geqslant \genfrac{}{}{}{0}{n^2}{4} </tex> можно считать хордами {{---}} получили противоречие. }}

Пусть По лемме <tex> n </tex> является четным, если в графе нет цикла цикле отсутствует цикл длины <tex> l </tex>. Тогда верно, что <tex> 3 2|E| = \leqslant l sum\limits_{i=1}^n deg(v_i) = \sum\limits_{i=1}^{\leqslant genfrac{}{}{}{}{n}{2}} (deg(v_{2i-1 }) + deg(v_{2i})) \leqslant \genfrac{}{}{}{0}{n^2}{2} </tex> (, а так как по условию в графе существует гамильтонов цикл, длина которого равна <tex> |E| \geqslant \genfrac{}{}{}{0}{n ^2}{4} </tex>). Рассмотрим две соседний вершины , то <tex> v_i v_|E| = \genfrac{}{}{}{0}{n^2}{i+14} </tex> и вместе с ними рассмотрим следующие пары. Данное равенство достигается, если верно, что:

Для <tex>k</tex> таких, что <tex> j + l - [[Файл:Circle 3.jpg|800px|right|thumb|Слева направо изображены случаи 1 \leqslant k \leqslant j + l - 2 </tex> рассмотрим пары (<tex>v_j3. Красным выделены ребра, которые не могут быть в рассматриваемом графе, v_k</tex>) и (<tex>v_{j+1}если в нем присутствуют ребра, v_{k-l+3}</tex>)выделенные зеленым]]

Для *<tex>kv_k </tex> таких, что лежит на дуге <tex> (v_{j + 2 \leqslant k \leqslant l - 1}, v_{j + l }, v_{j - 2 1}) </tex> рассмотрим пары : <tex> (v_j, v_k) \in E </tex>и <tex>(v_{j+1}, v_{k-l+3}) \notin E </tex> или <tex> (v_j, v_k) \notin E </tex>) и (<tex>(v_{j+1}, v_{k-l+13}) \in E </tex>)

При добавлении таких пар ребер в графе появляется цикл длины *<tex> v_k </tex> лежит на дуге <tex> (v_{j + 2}, v_{j + 3}, v_{j + l - 2}) </tex>: <tex>(v_j, а значить в v_k) \in E </tex> G и <tex>(v_{j+1}, v_{k-l+1}) \notin E </tex> может входить максимум одно ребро из таких пар. Тогда можно утверждать, что или <tex> deg(v_j, v_k) + deg\notin E </tex> и <tex>(v_{j +1}, v_{k-l+ 1}) \leqslant n in E </tex>.

Докажем методом от противного, что <tex> n </tex> {{---}} четно. Пусть <tex> n G </tex> является нечетным, тогда из рассуждений выше существует вершина не <tex> v_x </tex>, для которое верно, что <tex> deg(v_x) \leqslant K_{\genfrac{}{}{}{}{n-1}{2} </tex>. Пусть это не так, тогда <tex> \forall i, 1 \leqslant i \leqslant n : deg(i) \geqslant \genfrac{}{}{}{}{n-1}{2} + 1 = \genfrac{}{}{}{}{n+1}{2} </tex>, значит тогда существует такое четное число <tex> \forall j, 1 \leqslant j \leqslant n : deg(v_j) + deg(v_{j+1}) \geqslant \genfrac{}{}{}{}{n+1}{2} + \genfrac{}{}{}{}{n+1}{2} = n + 1 k </tex>, то есть мы получили противоречие с тем, что в графе <tex> deg(v_j) + deg(v_{j + 1}) \leqslant n G </tex>.Без потери общности пусть <tex> v_x = v_n </tex> Рассмотрим существует ребро <tex> 2|E| = \sum\limits_{i=1}^n deg(v_i) = \sum\limits_{i=1}^{(n - 1)/2} (deg(v_j, v_{2i-1}) j+ deg(v_{2ik})) + deg(v_n) \leqslant \genfrac{}{}{}{}{n(n-1)}{2} + \genfrac{}{}{}{}{n-1}{2} < </tex> <tex> \genfrac{}{}{}{}{n^2}{2} </tex>, то есть существует цикл нечетной длины. Докажем, что в таком случае существует ребро <tex> |E| < \genfrac(v_j, v_{}{}{}{}{n^j+2}{2} </tex>, но по условию <tex> |) \in E| \geqslant n^2/4 </tex> - получили противоречие. Таким образом Пусть это не так и минимальное четное <tex> n k </tex> является четным. Тогда верно, что <tex> 2|E| \leqslant \sum\limits_{i=1}^n deg(v_i) = \sum\limits_{i=1}^{n/2} (degexists (v_j, v_{2i-1}) j+ deg(v_{2ik})) \leqslant \genfrac{}{}{}{}{n^2}{2} </tex>, а так как по условию <tex> |in E| \geqslant n^2/4 </tex>больше двух, то есть <tex> |E| = k \genfrac{}{}{}{}{n^2}{geqslant 4} </tex>. Данное равенство достигается, если верно, чтоТогда существует три случая:

Для # <tex>4 \leqslant k\leqslant n - l </tex> таких, что <br> <tex> (v_j, v_{j +k}) \in E \Rightarrow (v_{j+1}, v_{j+k+ l - 1 3}) \notin E \leqslant Rightarrow (v_{j+2}, v_{j+k }) \in E </tex> <br> <tex> \leqslant j exists l = k-2 : (v_i, v_{i+ l }) \in E </tex> {{---}} противоречие с минимальностью <tex> k </tex># <tex> n - l + 2 \leqslant k \leqslant 2n - 2l </tex> : <br> <tex> (v_j, v_kv_{j+k}) \in E \Rightarrow (v_{j-1}, v_{j+k+l-1}) \notin E \Rightarrow (v_{j-2}, v_{j+k+2l-4}) \in E </tex> и <br> однако <tex> 2n - k - 2l + 2 \leqslant k - 2 </tex> {{---}} противоречие с минимальностью <tex> k </tex># <tex> 2n - 2l + 2 \leqslant k \leqslant n - 2 </tex> <br> <tex>(v_j, v_{j+k}) \in E \Rightarrow (v_{j-1}, v_{j+k+l-1}) \notin E \Rightarrow (v_{j-l2}, v_{j+k+32l-2}) \notin in E </tex><br> однако <tex> k + 2l - 2n \leqslant k - 2 </tex> {{---}} снова противоречие с минимальностью выбранного k

Для Таким образом, в <tex>kG </tex> таких, что существует ребро <tex> (v_j, v_{j + 2 \leqslant k \leqslant j + l - 2 }) </tex> : , но тогда <tex>(v_j, v_kv_{j+l}) \in notin E </tex> и , а следовательно <tex>(v_{j+1}, v_{k-lj+3}) \in E </tex>. Если продолжить по всему графу, то получим, что <tex> \forall j : (v_j, v_{j+12}) \notin in E </tex>и, как следствие, <tex> G </tex> {{---}} панциклический.

=== Следствие ==={{ТеоремаУтверждение|aboutid =Schmeichel & Hakimistatement|statement=Пусть <tex>G (V, E), |V| = <Vn , |E| = m, \forall (u, v) \notin E : deg(u) + deg(v) \geqslant n </tex>Тогда верно одно из двух утверждений:#<tex> G </tex> {{---}} гамильтонов панциклический граф#<tex> G </tex> = <tex>K_{\genfrac{}{}{}{}{n}{2}, \genfrac{}{}{}{}{n}{2}}</tex>|Vproof=По [[Теорема Оре| = nтеореме Оре]] <tex> G </tex> {{---}} гамильтонов граф. Покажем, v_1 v_2 v_3 что <tex> m \geqslant \ldots v_n v_1 genfrac{}{}{}{0}{n^2}{4} </tex>. Пусть <tex> k </tex> {{---}} его гамильтонов циклминимальная степень вершины в графе. # <tex> k \geqslant \genfrac{}{}{}{}{n}{2} </tex>, тогда <tex> 2m = \sum\limits_{i=1}^n deg(v_i) >= \sum\limits_{i=1}^n k = k n \geqslant \genfrac{}{}{}{0}{n^2}{2} </tex> # <tex> k < \genfrac{}{}{}{}{n}{2} </tex>. Пусть существует <tex> x </tex> вершин, так что их степени равны <tex> k </tex>, тогда они все должны быть связаны, для которого выполняется неравенство так как иначе мы получим противоречие с утверждением теоремы <tex> \forall (u, v) \notin E : deg(v_1u) + deg(v_nv) \geqslant n </tex>. Понятно, что <brtex> x \leqslant k + 1 </tex>, но так как граф является гамильтоновым, то он связен, а значит <tex> x < k + 1 </tex>. Несложно заметить, что если из всех <tex> x </tex> вершин степени <tex> k </tex> провести оставшиеся ребра в одну вершину, у которой степень больше, то в графе остенется как минимум <tex> n - k - 1 </tex>Тогда вершин, степени которых как минимум <tex> G n - k </tex> , поскольку должно выполняться неравенство из теоермы. Тогда можно оценить количество ребер. <br> <tex> m \geqslant \genfrac{}{}{}{0}{1}{2}((n-k-1)(n-k)+k^2+(k+1)) = \genfrac{}{}{}{0}{1}{2}(n^2 - n(2k + 1) + 2k^2 + 2k + 1) \geqslant \genfrac{}{}{}{0}{n^2+1}{4} </tex> Таким образом <tex> m \geqslant \genfrac{}{}{}{0}{n^2}{4} </tex> и согласно теореме граф либо панциклический граф, двудольный граф или граф, в котором нет только цикла длины либо <tex>(K_{\genfrac{}{}{}{}{n}{2}, \genfrac{}{}{}{}{n-1)}{2}}</tex>.

== Ссылки Источники информации ==* [https://ac.els-cdn.com/0095895671900165/1-s2.0-0095895671900165-main.pdf?_tid=6388217a-d131-11e7-9e9c-00000aab0f02&acdnat=1511539751_317a50813ff61926478abcae5f032887 J.A. Bondy {{---}} Pancyclic Graphs I* J]* [https://logic.pdmi.ras.ru/~dvk/graphs_dk.pdf Д.В.AКарпов {{---}} Теория графов. Bondy]