211
правок
Изменения
Нет описания правки
# Будем называть последовательность $(d_1, \ldots, d_n)$ степенной последовательностью, если существует граф с такими степенями вершин. Приведите критерий, проверяемый за полиномиальное время, что заданная последовательность является степенной.
# Теорема "Антихватала". Докажите, что если для степенной последовательности не выполнено условие теоремы Хватала, то найдется граф со степенной последовательностью, мажорирующей данную, не содержащий гамильтонова цикла.
# Теорема "Антидирака". Для любого $n \ge 3$ постройте граф, степень каждой вершины которого хотя бы $\lceil n / 2\rceil - 1$, кроме 1 или 2 вершин, у которых степень на 1 меньше, но нет гамильтонова циклакоторый не является гамильтоновым.
# Докажите, что если сумма степеней любых двух несмежных вершин графа $G$ не меньше $n+1$, то любые две различные вершины $G$ можно соединить гамильтоновым путем.
# Докажите, что если в графе с $n$ вершинами хотя бы $(n^2-3n+6)/2$ ребер, то он гамильтонов
# Реберным графом для графа $G$ называется граф $G_E$, множество вершин которого совпадает с множеством ребер исходного графа, два ребра $e$ и $f$ соединены ребром в реберном графе, если у них есть общая инцидентная вершина. Докажите или опровергните, что если $G$ является эйлеровым, то реберный граф является гамильтоновым.
# Докажите или опровергните, что если $G_E$ является гамильтоновым, то граф $G$ является эйлеровым.
# Докажите, что в любом турнире существует вершина, из которой достижимы все остальные за не более, чем 2 шага
# Рассмотрим все такие гамильтоновы графы, что после удаления любой вершины (и всех инцидентных ребер) он становится гамильтоновым. Докажите, что в таком графе хотя бы 10 вершин, постройте такой граф с 10 вершинами.
# Обозначим как $\lambda(G)$ минимальное число ребер, которое нужно удалить в графе, чтобы он потерял связность, $\kappa(G)$ - минимальное число вершин, которое нужно удалить в графе, чтобы он потерял связность (для полного графа полагаем $\kappa(G)=n-1$). Докажите, что $\kappa(G) \le \lambda(G) \le \delta(G)$.
# Докажите. что для любых $1 \le \kappa(G) \le \lambda(G) \le \delta(G)$ существует граф $G$ с такими параметрами.
# Докажите, что не существует графов с $\kappa(G) = 3$ и $7$ ребрами.
# Пусть $G$ - полный двудольный граф, за исключением $K_{2,2}$. Докажите $\lambda(G)=\delta(G)$, почем единственный способ удалить $\lambda(G)$ ребер, чтобы граф потерял связность - удалить все ребра, инцидентные одной из вершин.
# Графы $G_1$, содержащий $n_1$ вершин и $m_1$ ребер, и $G_2$, содержащий $n_2$ вершин и $m_2$ ребер, гомеоморфны. Докажите, что $n_1+m_2 = n_2+m_1$.
# Рассмотрим параметрически заданную замкнутую кривую $\phi(t)$, будем говорить, что она имеет самопересечение, если есть точка на кривой, которая порождается двумя различными значениями параметра $t_1$ и $t_2$, причем в окрестности этой точки фрагменты кривой в окрестности параметра $t_2$ лежат по разную сторону от кривой в окрестности параметра $t_1$. Докажите, что планарный эйлеров граф содержит эйлеров цикл, не имеющий самопересечений.
# Приведите пример вершинно двухсвязного планарного графа, который не является гамильтоновым.
# Докажите, что планарный четырехсвязный граф гамильтонов.
# Пусть $G$ - связный планарный граф, в котором каждый треугольник ограничивает область, не содержащую ребер, причем добавление любого ребра нарушает его планарность. Докажите, что $G$ гамильтонов.
# Докажите, что любой трехсвязный планарный граф имеет остов, у которого наибольшая степень равна 3.
# Докажите, что все колеса самодвойственны.
# Докажите, что в планарном графе $O(n)$ треугольников.
# Докажите, что можно ориентировать ребра планарного графа так, что $deg^-(v) \le 5$ для всех вершин $v$.
# Докажите, что можно ориентировать ребра планарного графа так, что $deg^-(v) \le 3$ для всех вершин $v$.
# Уложите четырехмерный куб на поверхности тора
# Уложите $K_7$ на поверхности тора
# Докажите, что $K_8$ нельзя уложить на поверхности тора
# Найдите максимальное $k$, что граф $K_k$ можно уложить на сфере с двумя ручками.
# Докажите, что для любого $m$ существует $k$, такое что граф с $K_k$ нельзя уложить на сфере с $m$ ручками.
# Посчитать хроматический многочлен цикла $C_n$
# Посчитать хроматический многочлен колеса $C_n + K_1$.
# Посчитать хроматический многочлен полного двудольного графа $K_{n,m}$.
# Приведите пример двух связных графов, которые не являются деревьями, не являются изоморфными и имеют одинаковые хроматические многочлены.
# Докажите, что если длина максимального простого нечетного цикла в $G$ есть $k$, то $\chi(G)\le k + 1$.
# Если степени вершин графа $G$ равны $d_1 \ge d_2 \ge \ldots \ge d_n$, то $\chi(G)\le \max\min\{i, d_i+1\}$.
# Докажите или опровергните, что если граф $G$ с $n$ вершинами содержит гамильтонов цикл, причем ему принадлежат не все ребра графа, то (а) $\chi(G) \le 1 + n/2$ (б) $\chi(G) \ge 1 + n/2$ .
# Конъюнкцией $G_1 \wedge G_2$ графов называется граф с $V = V_1 \times V_2$, $(u_1, u_2)-(v_1, v_2) \in E$, если $u_1v_1 \in E_1$ и $u_2v_2\in E_2$. Доказать, что хроматическое число конъюнкции $G_1\wedge G_2$ графов $G_1$ и $G_2$ двух графов не превосходит хроматических чисел этих графов.
# Рассмотрим связный граф $G$, не являющийся простым циклом нечетной длины, все простые циклы которого нечетны. Обозначим как $\chi'(G)$ минимальное число цветов, в которое можно раскрасить ребра граф $G$, чтобы ни в какую вершину не входило ребер одного цвета. Докажите, что $\chi'(G)=\Delta(G)$.
# Докажите, что в любой раскраске реберного графа каждая вершина смежна не более чем с двумя вершинами одного цвета
# Доказать формулу Зыкова для хроматического многочлена графа $G$: $P_G(x)=\sum\limits_{i=1}^n pt(G,i)x^{\underline{i}}$, где $pt(G,i)$ — число способов разбить вершины $G$ на $i$ независимых множеств.
# Доказать формулу Уитни: пусть $G$ - обыкновенный $(n, m)$ - граф. Тогда коэффициент при $x^i$, где $1\le i\le n$ в хроматическом многочлене $P_G(x)$ равен $\sum \limits_{j=0}^{m}{(-1)^jN(i, j)}$, где $N(i, j)$ - число остовных подграфов графа $G$, имеющих $i$ компонент связности и $j$ рёбер.
# Граф называется однозначно раскрашиваемым, если любые две его раскраски в $\chi(G)$ цветов совпадают с точностью до переименования цветов. Приведите пример однозначно раскрашиваемого связного графа и связного графа, который не является однозначно раскрашиваемым
# Какое минимальное число вершин может быть в однозначно раскрашиваемом в 3 цвета графе, отличном от полного графа?
# Какое минимальное число ребер может быть в однозначно раскрашиваемом в $k$ цветов графе с $n$ вершинами?
# Доказать или опровернгнуть: любое вершинное покрытие содержит как подмножество минимальное по мощности вершинное покрытие.
# Докажите, что $\alpha(G) \ge \frac{n}{1+\Delta(G)}$.
# Докажите, что $\alpha(G) \ge \sum (1 + \deg u)^{-1}$.
# Как может поменяться $\alpha(G)$ при удалении ребра? Удалении вершины? Добавлении ребра?
# Верно ли, что для двудольного графа значение $\alpha(G)$ равно размеру максимальной доли?
# Докажите, что $G$ двудольный тогда и только тогда, когда для любого $H$ - подграфа $G$ выполнено $\alpha(H) \ge |VH|/2$ ($VH$ - множество вершин графа $H$).
# Докажите, что если в дереве расстояние между двумя любыми листьями четно, то в нем существует единственное максимальное по числу вершин независимое множество. Верно ли обратное?
# Зафиксируем $n$ и $k$. Рассмотрим граф, удовлетворяющий следующим условиям: (1) граф $G$ содержит $n$ вершин; (2) $\omega(G) \le k$. Среди таких графов рассмотрим граф с максимальным числом ребер. Этот граф называется граф Турана. Докажите, что в графе Турана любые две несмежные вершины имеют равную степень.
# Степень любых двух смежных вершин в графе Турана отличается не более чем на $1$.
# Оцените, сколько ребер в графе Турана.
# Граф называется $\alpha$-критическим, если удаление любого ребра увеличивает $\alpha(G)$. Приведите пример $\alpha$-критического и не $\alpha$-критического графа.
# Докажите, что в любом дереве, кроме $K_2$ существует минимальное по числу вершин вершинное покрытие, включающее все вершины, соседние с листьями.
# Доминирующим множеством в графе называется множество вершин, такое что каждая вершина либо входит в это множество, либо имеет соседа в этом множестве. Докажите, что независимое множество вершин является максимальным по включению если и только если оно является доминирующим.
# Обозначим размер минимального доминирующего множества в графе как $\gamma(G)$. Как связаны $\alpha(G)$ и $\gamma(G)$?
# Докажите, что если в графе $G$ нет изолированных вершин, и $A$ - минимальное по включению доминирующее множество в $G$, то существует $B$, не имеющее общих вершин с $A$, также являющееся минимальным по включению доминирующим множеством в $G$.
# Обозначим размер минимального по мощности вершинного покрытия множества в графе как $\beta(G)$. Как связаны $\gamma(G)$ и $\beta(G)$?
# Пусть $G$ - связный кубический граф, в котором не более двух мостов. Тогда в $G$ существует совершенное паросочетание.
# Приведите пример связного кубического графа, содержащего три моста, в котором нет совершенного паросочетания.
# $k$-факторизацией графа называется разбиение множество ребер графа на его $k$-факторы. Докажите, что $K_4$ имеет единственную 1-факторизацию.
# Найдите число $1$-факторизаций графа $K_6$.
# Найдите число $1$-факторизаций графа $K_{3,3}$.
# Найдите число $1$-факторов графа $K_{2n}$.
# Докажите, что граф $K_{6n-2}$ имеет 3-факторизацию.
# Докажите, что граф $K_{4n+1}$ имеет 4-факторизацию.
# Докажите, что граф $K_9$ представим в виде объединения 4 гамильтоновых циклов.
# Пусть $G$ - регулярный граф степени $k$ с четным числом вершин, причем $\lambda(G) \ge k-1$. Пусть $G'$ получен из $G$ удалением не более чем $k - 1$ ребер. Тогда $G'$ содержит совершенное паросочетание. Указание: используйте теорему Татта.
# Пусть $G$ - регулярный граф степени $k$ с четным числом вершин, причем $\lambda(G) \ge k-1$. Тогда для любого ребра $uv$ существует совершенное паросочетание, содержащее $uv$.
# Докажите, что если $G$ - регулярный граф четной степени, то у него есть 2-фактор.
# Пусть $r<k$ и хотя бы одно из них нечетно. Докажите, что существует $G$ - регулярный граф степени $k$, у которого нет $r$-фактора.
# Множество $S\subset V$, для которого $odd(G\setminus S)-|S|=def(G)$, называется барьером. $A(G)$ является барьером графа. Приведите пример графа, в котором $A(G)$ не является максимальным по включению барьером.
# Приведите пример графа, в котором $A(G)$ не является минимальным по включению барьером.
# Докажите, что пересечение двух максимальных по включению барьеров также является барьером.
# Пусть $x\in A(G)\cup C(G)$, $G'=G\setminus x$, $B'$ - барьер графа $G'$. Докажите, что $B=B'\cup x$ - барьер графа $G$. Следствие: любая вершина из $A(G) \cup C(G)$ входит в барьер графа $G$.
# Пусть $B$ - барьер графа $G$, тогда $B\cap D(G)$ пусто и все компоненты $D(G)$ являются подмножествами нечетных компонент связности графа $G\setminus B$.
# Пусть $B$ - барьер графа $G$, причем $x \in B$. Тогда $B' = B \setminus x$ - барьер графа $G' = G \setminus x$.
# Докажите, что пересечение всех максимальных по включению барьеров $G$ равно $A(G)$.
# Лапой называется индуцированный подграф $K_{1, 3}$ - вершина (центр лапы) и три её соседа, не связанные между собой. Докажите, что если $B$ - минимальный по включению барьер $G$, то каждая вершина $B$ - центр лапы в $G$.
# Докажите, что если связный граф $G$ содержит четное число вершин и не содержит лапы, то он содержит совершенное паросочетание (Теорема Сумнера-Лас Вергнаса).
# Найдите $R(3, 4)$
# Докажите, что $R(n, 3) \le (n^2+3)/2$
# Найдите $R(3, 3, 3)$
# На плоскости даны 6 точек, никакие 3 из которых не лежат на одной прямой и все попарные расстояния между которыми различны. Рассмотрим все треугольники с вершинами в этих точках. Докажите, что найдется отрезок, который в одном из этих треугольников является наибольшей стороной, а в другом - наименьшей.
# Обобщение теоремы Шура. Докажите, что для любого натурального $k$ найдется такое $n$, что в любой раскраске чисел от 1 до $n$ в $k$ цветов найдутся различные $x$ и $y$, такие что $x$, $y$ и $x+y$ раскрашены в один цвет.
# Докажите, что из 5 точек на плоскости, никакие три из которых не лежат на одной прямой, можно выбрать 4, являющихся вершинами выпуклого четырехугольника.
# Докажите, что для любого $n$ найдется $N$, такое что из любых $N$ точек, никакие 3 из которых не лежат на одной прямой, можно выбрать вершины выпуклого $n$-угольника.
# Докажите, что для любого $n$ найдется такое простое $p$, что существуют натуральные числа $x$, $y$ и $z$, не кратные $p$, что $x^n+y^n=z^n \pmod p$.
# Докажите усиление теоремы Эрдёша: $R(k, k) \ge \frac{2^{k/2}\cdot k}{e\sqrt{2}}$
# Докажите, что для любого достаточно большого $s$ выполнено $R(k, k) \ge s - {s \choose k}\cdot 2^{1-{k \choose 2}}$
# Докажите, что в любой перестановке $n$ элементов найдется возрастающая последовательность из $\sqrt{n}$ элементов или убывающая последовательнтсть из $\sqrt{n}$ элементов.
# Теорема Ван дер Вардена. Докажите, что для любых $n$ и $k$ найдется такое $W(n, k)$, что если числа от $1$ до $W(n, k)$ покрасить в $k$ цветов, то найдется арифметическая прогрессия длины $n$, покрашенная в один цвет.
# Все клетки бесконечного листа клетчатой бумаги раскрасили в $n$ цветов. Докажите, что найдутся четыре вершины прямоугольника со сторонами, параллельными осям координат, которые покрашены в один цвет.
# Все клетки бесконечного листа клетчатой бумаги раскрасили в $n$ цветов. Докажите, что для любых $k$ и $l$ найдутся $k$ строк и $l$ столбцов, что все $kl$ их клеток пересечения покрашены в один и тот же цвет.
# $P_k$ - путь длины $k-1$ (содержащий $k$ вершин и $k-1$ ребро). Найдите $R(P_3, P_3)$.
# Найдите $R(P_4, P_4)$
# Завершите доказательство теоремы Хватала, показав, что $R(T_m, K_n) \ge (n-1)(m-1)+1$
# Покажите, что добавление ребра может сделать совершенный граф несовершенным
# Покажите, что удалине ребра может сделать совершенный граф несовершенным
# Докажите, что любой интервальный граф является хордальным
# Докажите, что дополнение любого интервального графа является графом сравнений
# Приведите пример хордального графа, который не является интервальным
# Докажите, что хордальный граф является интервальным тогда и только тогда, когда его дополнение является графом сравнений (теорема Гилмора-Хоффмана)
# Докажите, что граф $G$ является совершенным тогда и только тогда, когда $|H| \le \alpha(H)\omega(H)$ для любого $H$ - индуцированного подграфа $G$ (теорема Ловаса)
# Докажите, что если $G$ является реберным графом, то $\chi(G) \in \{\omega(G), \omega(G)+1\}$.
# Опишите графы, у которых реберный граф является совершенным
# Докажите, что граф $G$ является совершенным тогда и только тогда, когда его любой непустой индуцированный подграф $H$ содержит независимое множество $A$, такое что $\omega(H \setminus A) < \omega(H)$.
# Рассмотрим граф $G$, такой что для любого индуцированного подграфа $H$ любая максимальная клика и любое максимальное независимое множество имеют общую вершину. Докажите, что $G$ совершенный.
# Докажите, что $G$ обладает свойством из предыдущего задания тогда и только тогда, когда $G$ не содержит индуцированного пути из трех вершин (любые три вершины соединены либо 0, либо 1, либо 3 ребрами).
# Рассмотрим совершенный граф $G$. Докажите, что можно покрыть все вершины графа независимыми множествами (обозначим семейство этих независимых множеств $\mathbb{I}$), а также покрыть все вершины графа кликами (обозначим семейство этих клик как $\mathbb{J}$, что для любых $A \in \mathbb{I}$ и $B \in \mathbb{J}$ выполнено $A \cap B \ne \emptyset$.
# Рассмотрим совершенный граф $G$. Заметим каждую его вершину $x$ на произвольный совершенный граф $G_x$ (вершины графов $G_x$ и $G_y$ соединены друг с другом, если было ребро $xy$). Докажите, что получившийся граф является совершенным.
# Предложите полиномиальный алгоритм проверки, что граф является хордальным.
# Предложите полиномиальный алгоритм поиска $\alpha(G)$ для хордального графа $G$.
# Предложите полиномиальный алгоритм поиска $\chi(G)$ для хордального графа $G$.
# Постройте матроид с 4 элементами и 5 базами. Укажите множество циклов этого матроида.
# Постройте матроид с 5 элементами и 12 базами.
# Матроид с выброшенным элементом. Пусть $M$ - матроид. Обозначим как $M\setminus x$ матроид, где из носителя выкинут элемент $x$. Независимыми объявляются независимые множества исходного матроида, которые не содержали $x$. Формально, если $M = \langle X, I\rangle$, то $M\setminus x = \langle X \setminus x, \{A \setminus x | A \in I, x \not\in A\}\rangle$. Докажите, что для любых $M$ и $x$ получившаяся конструкция $M\setminus x$ является матроидом.
# Матроид, стянутый по элементу. Пусть $M$ - матроид. Обозначим как $M/x$ матроид, где из носителя выкинут элемент $x$. Независимыми объявляются независимые множества исходного матроида, которые ранее содержали $x$, после удаления из них этого элемента. Формально, если $M = \langle X, I\rangle$, то $M/x = \langle X \setminus x, \{A \setminus x | A \in I, x \in A\}\rangle$. Докажите, что для любых $M$ и $x$, таких что $\{x\}\in I$ получившаяся конструкция $M/x$ является матроидом.
# Докажите, что если $x \ne y$, то $M\setminus x/y=M/y\setminus x$
# Урезанный матроид. Пусть $M = \langle X, I \rangle$ - матроид. Обозначим как $M|_k$ следующую констркуцию: $M|_k = \langle X, \{A | A \in I, |A| \le k \}\rangle$. Докажите, что $M|_k$ является матроидом.
# Прямая сумма матроидов. Пусть $X$ и $Y$ - непересекающиеся множества, $M_1$ - матроид с носителем $X$ и $M_2$ - матроид с носителем $Y$. Построим новый матроид, назовем носителем объединение $X \cup Y$, независимыми объявим множества, которые являются объединением независимого из $M_1$ и независимого из $M_2$. Докажите, что прямая сумма матроидов является матридом.
# Представьте разноцветный матроид в виде прямой суммы универсальных матроидов.
# Является ли алгоритм Прима вариантом алгоритма Радо-Эдмондса?
# Являются ли паросочетания в полном графе семейством независимых множеств некоторого матроида?
# Рассмотрим кратчайшие пути из $s$ в $t$ в неориентированном невзвешенном графе. Назовем множество ребер независимым, если оно лежит на некотором кратчайшем пути. Образует ли эта конструкция семейство независимых множеств некоторого матроида?
# Будем называть предматроидом пару $\langle X, I \rangle$, для которой выполнены аксиомы нетривиальности ($\varnothing \in I$) и наследования независимости ($A \subset B$, $B \in I$, тогда $A \in I$). Пусть в предматроиде для любой весовой функции верно работает жадный алгоритм Радо-Эдмондса. Докажите, что такой предматроид является матроидом.
# Пусть $M$ - предматроид. Как и в матроиде будем называть базой множества максимальное по включению подмножество из $I$. Докажите, что если для каждого множества $A$ все его базы равномощны, то $M$ - матроид.
# Для каких универсальных матроидов существует изоморфный ему матричный матроид?
# Проекция матроида. Пусть $M = \langle X, I \rangle$ - матроид, $f : X \to Y$ - произвольная функция. Обратите внимание, что нет необходимости, чтобы $f$ была инъекцией или сюрьекцией. Построим конструкцию $f(M)$ как пару из носителя $Y$ и семейства множеств $f(I) = \{ f(A) \,|\, A \in I\}$. Докажите, что $f(M)$ является матроидом.
# Будем называть два элемента $x$ и $y$ матроида параллельными, если пара $\{x, y\}$ образует цикл. Докажите, что если $A$ независимо $x \in A$, а $x$ и $y$ параллельны, то $A\setminus x\cup y$ также независимо.
# Дайте альтернативное определение параллельных элементов на языке баз.
# Докажите, что отношение ""быть параллельными"" является транзитивным.
# Как устроено замыкание в графовом матроиде?
# Как устроено замыкание в матричном матроиде?
# Докажите, что если $A$ независимо, то для любого $p \in A$ выполнено $p \not\in \langle A \setminus p\rangle$.
# Докажите, что если $A \subset B$, то $\langle A \rangle \subset \langle B \rangle$.
# Докажите, что $\langle \langle A \rangle \rangle = \langle A \rangle$
# Докажите, что если $q \not\in \langle A \rangle$, $q \in \langle A \cup p\rangle$, то $p \in \langle A \cup q \rangle$
# Двойственный матроид. Пусть $M = \langle X, I \rangle$ - матроид. Обозначим как $M^*$ следующую конструкцию: $M^* = \langle X, \{A \,|\, \exists B $ - база $M, A \cap B = \varnothing\}\rangle$. Докажите, что $M^*$ является матроидом.
# Циклы двойственного матроида называются коциклами. Докажите, что любая база пересекается с любым коциклом.
# Докажите, что двойственный к матричному матроид изоморфен матричному для некоторой матрицы. Как устроена его матрица?
# В этой и следующих задача граф для графового матроида может содержать кратные ребра. Докажите, что двойственный к графовому матроиду колеса $C_4 + K_1$ изоморфен графовому для некоторого графа
# Докажите, что двойственный к графовому матроиду графа $K_{2, 3}$ изоморфен графовому для некоторого графа
# Докажите, что двойственный матроид к графовому на $K_5$ не изоморфен графовому ни для какого графа.
# Докажите, что двойственный матроид к графовому на $K_{3,3}$ не изоморфен графовому ни для какого графа.
# Когда двойственный к графовому матроид изоморфен графовому для некоторого графа?
# Рассмотрим носитель некоторого матроида, упорядочим произвольным образом его элементы: $X = \{x_1, x_2, \ldots, x_n\}$. Пусть $Y = \left\{x_k \,|\, rank(\{x_1, \ldots, x_{k-1}, x_k\}) > rank(\{x_1, \ldots, x_{k-1}\})\right\}$. Докажите, что $Y$ независимо.
# Сверхсильная теорема о базах. Докажите, что для любых двух различных баз $A$ и $B$ и элемента $x \in A \setminus B$ найдётся $y \in B \setminus A$, так что $A \setminus x \cup y$ и $B \setminus y \cup x$ обе являются базами.
# Доказать, что $M^{**}=M$
# Один студент считает, что xor двух циклов обязательно содержит цикл. Доказать или опровергнуть.
