10класс

Вопросы после параграфа §13 на странице 65, ГДЗ по математике за 10 и 11 класс к учебнику Высоцкого. Вероятность и статистика базовый и углубленный уровни

Глава II. Элементы теории графов. §13. Эйлерова характеристика. Страница 65, вопросы после параграфа §13
1. Что такое степень области плоского графа?

Конечный связный плоский граф разбивает плоскость на области, и границей каждой служит замкнутый путь. Степень области — длина этой границы, то есть число рёбер в замкнутом пути, по которому граница обходится; ребро, дважды принадлежащее границе одной и той же области, при обходе проходится дважды и дважды же считается.

Ответ: степень области — длина её границы, то есть число рёбер замкнутого пути, ограничивающего область; ребро, дважды входящее в границу, считается дважды.

2. Объясните своими словами, почему плоский граф можно изобразить на сфере.

Плоскость с нарисованным графом — бесконечная резиновая плёнка. Стянем все её бесконечно далёкие края в одну точку: плёнка замкнётся и превратится в сферу, вершины останутся вершинами, рёбра — рёбрами, а новых точек пересечения растяжение не создаёт.

Изменится только внешняя область: из бесконечной она станет обычной ограниченной — той, которая содержит новую точку. Числа вершин, рёбер и областей у графа на сфере такие же, как у исходного плоского графа.

Ответ: плоскость можно стянуть в сферу, как резиновую плёнку: вершины, рёбра и области сохраняются, а бесконечная внешняя область превращается в обычную ограниченную; поэтому всякий плоский граф изображается на сфере.

3. Почему эйлерова характеристика характеризует не графы на поверхности, а саму поверхность?

Для конечного связного плоского графа (а значит, и для графа на сфере) число \(\chi = v - e + f\) всегда равно 2 — сколько бы в графе ни было вершин и рёбер и как бы он ни был нарисован; значит, \(\chi\) не различает графы.

Для связного графа на другой поверхности тот же подсчёт даёт другое число: на торе \(\chi = 0\). Значит, \(\chi\) зависит не от графа, а от поверхности, на которой граф нарисован.

Ответ: для любого связного графа на одной и той же поверхности число \(\chi = v - e + f\) получается одним и тем же (на сфере 2, на торе 0), поэтому оно говорит не о графе, а о поверхности.

4. Сформулируйте теорему о степенях областей плоского графа.

Теорема: в любом конечном связном плоском графе сумма степеней всех областей чётна и равна удвоенному числу рёбер.

При обходе границ каждое ребро проходится ровно два раза: либо оно разделяет две области — и тогда его проходят по одному разу при обходе каждой из них, — либо дважды принадлежит границе одной области — и тогда его дважды проходят при обходе этой области.

Ответ: сумма степеней всех областей конечного связного плоского графа чётна и равна удвоенному числу рёбер.

1. Что такое степень области плоского графа?

Конечный связный плоский граф разбивает плоскость на области, и границей каждой области служит замкнутый путь. Степенью области называется длина этой границы, то есть число рёбер в замкнутом пути, по которому граница обходится. Ребро, которое дважды принадлежит границе одной и той же области, при обходе проходится дважды и дважды же считается.

Например, квадрат с проведённой диагональю делит плоскость на три области: две треугольные, граница каждой из которых состоит из трёх рёбер, и внешнюю, граница которой — четыре стороны квадрата. Степени этих областей равны 3, 3 и 4.

Ответ: степень области — длина её границы, то есть число рёбер замкнутого пути, ограничивающего область; ребро, дважды входящее в границу, считается дважды.

2. Объясните своими словами, почему плоский граф можно изобразить на сфере.

Представим себе плоскость с нарисованным на ней плоским графом как бесконечную резиновую плёнку. Стянем все её бесконечно далёкие края в одну точку — плёнка замкнётся и превратится в сферу. Вершины при этом останутся вершинами, рёбра — рёбрами, и рёбра, которые не пересекались на плоскости, не пересекутся и на сфере: растяжение плёнки новых точек пересечения не создаёт.

Изменится только внешняя область. На плоскости она бесконечная, а после стягивания краёв в одну точку она становится обычной ограниченной областью — той, которая содержит эту новую точку. Поэтому число вершин, число рёбер и число областей у графа на сфере такие же, как у исходного плоского графа; разница лишь в том, что на сфере все области ограниченные.

Ответ: плоскость можно стянуть в сферу, как резиновую плёнку: вершины, рёбра и области сохраняются, а бесконечная внешняя область превращается в обычную ограниченную; поэтому всякий плоский граф изображается на сфере.

3. Почему эйлерова характеристика характеризует не графы на поверхности, а саму поверхность?

Для конечного связного плоского графа (а значит, и для графа на сфере) число \(\chi = v - e + f\) всегда равно 2 — каким бы этот граф ни был: сколько бы в нём ни было вершин и рёбер, как бы он ни был нарисован. Значит, число \(\chi\) не различает графы: по нему ничего нельзя сказать о самом графе.

А если проделать тот же подсчёт для связного графа, нарисованного на другой поверхности, получится другое число: например, для графа на торе выйдет \(\chi = 0\). Значит, число \(\chi\) зависит не от графа, а от той поверхности, на которой граф нарисован. Поэтому его и называют эйлеровой характеристикой поверхности.

Ответ: для любого связного графа на одной и той же поверхности число \(\chi = v - e + f\) получается одним и тем же (на сфере 2, на торе 0), поэтому оно говорит не о графе, а о поверхности.

4. Сформулируйте теорему о степенях областей плоского графа.

Теорема: в любом конечном связном плоском графе сумма степеней всех областей чётна и равна удвоенному числу рёбер.

Это видно из обхода границ: если обойти по границе каждую область, то каждое ребро окажется пройденным ровно два раза. Ребро либо разделяет две области — и тогда его проходят по одному разу при обходе каждой из них, — либо дважды принадлежит границе одной и той же области — и тогда его дважды проходят при обходе этой области.

Ответ: сумма степеней всех областей конечного связного плоского графа чётна и равна удвоенному числу рёбер.

Решение подготовила Ольга Васильева, учитель математики первой категории
Сообщить об ошибке

Не получилось открыть форму обратной связи.
Напишите нам: admin@pomogalka.me