Ilustracja S1 S2. S3 ściana zewnętrzna

Podobne dokumenty
SPÓJNOŚĆ. ,...v k. }, E={v 1. v k. i v k. ,...,v k-1. }. Wierzchołki v 1. v 2. to końce ścieżki.

Wprowadzenie Podstawy Fundamentalne twierdzenie Kolorowanie. Grafy planarne. Przemysław Gordinowicz. Instytut Matematyki, Politechnika Łódzka

Drzewa. Jeżeli graf G jest lasem, który ma n wierzchołków i k składowych, to G ma n k krawędzi. Własności drzew

Matematyka dyskretna. Andrzej Łachwa, UJ, B/14

Matematyczne Podstawy Informatyki

Kolorowanie wierzchołków Kolorowanie krawędzi Kolorowanie regionów i map. Wykład 8. Kolorowanie

MATEMATYKA DYSKRETNA - MATERIAŁY DO WYKŁADU GRAFY

WYŻSZA SZKOŁA INFORMATYKI STOSOWANEJ I ZARZĄDZANIA

E ' E G nazywamy krawędziowym zbiorem

WYŻSZA SZKOŁA INFORMATYKI STOSOWANEJ I ZARZĄDZANIA

Graf. Definicja marca / 1

Grafy. Graf ( graf ogólny) to para G( V, E), gdzie:

Grafy co o ich rysowaniu wiedzą przedszkolaki i co z tego wynika dla matematyków

Zad. 1 Zad. 2 Zad. 3 Zad. 4 Zad. 5 SUMA

Matematyka dyskretna

Suma dwóch grafów. Zespolenie dwóch grafów

Drzewa spinające MST dla grafów ważonych Maksymalne drzewo spinające Drzewo Steinera. Wykład 6. Drzewa cz. II

MATEMATYKA DYSKRETNA - KOLOKWIUM 2

O TYM, JAK LEONHARD EULER SPACEROWAŁ PO MOSTACH W KRÓLEWCU I CO Z TEGO WYNIKŁO...

Czy istnieje zamknięta droga spaceru przechodząca przez wszystkie mosty w Królewcu dokładnie jeden raz?

O TYM, JAK LEONHARD EULER SPACEROWAŁ PO MOSTACH W KRÓLEWCU I CO Z TEGO WYNIKŁO...

Teoria grafów podstawy. Materiały pomocnicze do wykładu. wykładowca: dr Magdalena Kacprzak

Matematyka dyskretna. Andrzej Łachwa, UJ, /15

Matematyka dyskretna. Andrzej Łachwa, UJ, /15

Podstawowe własności grafów. Wykład 3. Własności grafów

SKOJARZENIA i ZBIORY WEWN. STABILNE WIERZCH. Skojarzeniem w grafie G nazywamy dowolny podzbiór krawędzi parami niezależnych.

Kombinowanie o nieskończoności. 2. Wyspy, mosty, mapy i kredki materiały do ćwiczeń

Przykłady grafów. Graf prosty, to graf bez pętli i bez krawędzi wielokrotnych.

Schemat sprawdzianu. 25 maja 2010

KURS MATEMATYKA DYSKRETNA

Cała prawda o powierzchniach

Matematyka dyskretna. Andrzej Łachwa, UJ, /15

Algorytmiczna teoria grafów

Topologia - Zadanie do opracowania. Wioletta Osuch, Magdalena Żelazna, Piotr Kopyrski

Elementy teorii grafów Elementy teorii grafów

Algorytmiczna teoria grafów

1. Elementy (abstrakcyjnej) teorii grup

V Konkurs Matematyczny Politechniki Białostockiej

Siedem cudów informatyki czyli o algorytmach zdumiewajacych

Algebrą nazywamy strukturę A = (A, {F i : i I }), gdzie A jest zbiorem zwanym uniwersum algebry, zaś F i : A F i

Matematyka dyskretna. Andrzej Łachwa, UJ, /14

GEOMETRIA PRZESTRZENNA (STEREOMETRIA)

Digraf. 13 maja 2017

Kolorowanie wierzchołków

STEREOMETRIA CZYLI GEOMETRIA W 3 WYMIARACH

Teoria grafów - Teoria rewersali - Teoria śladów

Teoria grafów dla małolatów. Andrzej Przemysław Urbański Instytut Informatyki Politechnika Poznańska

Przecięcia odcinków. Wykład /07

ELEMENTY TEORII WĘZŁÓW

Matematyka dyskretna. Andrzej Łachwa, UJ, /14

LX Olimpiada Matematyczna

Matematyczne Podstawy Informatyki

Wykłady z Matematyki Dyskretnej

Struktury danych i złożoność obliczeniowa Wykład 7. Prof. dr hab. inż. Jan Magott

(4) x (y z) = (x y) (x z), x (y z) = (x y) (x z), (3) x (x y) = x, x (x y) = x, (2) x 0 = x, x 1 = x

TEORIA GRAFÓW. MATERIA LY VI. semestr letni 2013/2014. Jerzy Jaworski. Typeset by AMS-TEX

Rachunek podziałów i elementy teorii grafów będą stosowane w procedurach redukcji argumentów i dekompozycji funkcji boolowskich.

0. ELEMENTY LOGIKI. ALGEBRA BOOLE A

Podstawowe pojęcia geometryczne

PLANIMETRIA CZYLI GEOMETRIA PŁASZCZYZNY CZ. 1

Zadania do Rozdziału X

domykanie relacji, relacja równoważności, rozkłady zbiorów

13 Zastosowania Lematu Szemerédiego

3 Abstrakcyjne kompleksy symplicjalne.

XII. GEOMETRIA PRZESTRZENNA GRANIASTOSŁUPY

Grafika inżynierska geometria wykreślna. 5. Wielościany. Punkty przebicia. Przenikanie wielościanów.

KURS MATEMATYKA DYSKRETNA

Znajdowanie skojarzeń na maszynie równoległej

B jest liniowo niezależny V = lin (B) 1. Układ pusty jest bazą przestrzeni trywialnej {θ}. a i v i = i I. b i v i, (a i b i ) v i = θ.

Krzywa uniwersalna Sierpińskiego

w jednym kwadrat ziemia powietrze równoboczny pięciobok

Grafika komputerowa Wykład 6 Krzywe, powierzchnie, bryły

Geometria wykreślna. 6. Punkty przebicia, przenikanie wielościanów. dr inż. arch. Anna Wancław. Politechnika Gdańska, Wydział Architektury

6. Wstępne pojęcia teorii grafów

Wojciech Guzicki. Gdynia, 23 września 2016 r.

Opracowanie prof. J. Domsta 1

Grafy dla każdego. dr Krzysztof Bryś. Wydział Matematyki i Nauk Informacyjnych Politechnika Warszawska.

KONKURS ZOSTAŃ PITAGORASEM MUM. Podstawowe własności figur geometrycznych na płaszczyźnie

Czworościany ortocentryczne zadania

Metoda objętości zadania

Twierdzenie Talesa. Adrian Łydka Bernadeta Tomasz. Teoria

Grafy (3): drzewa. Wykłady z matematyki dyskretnej dla informatyków i teleinformatyków. UTP Bydgoszcz

1 Wykład ósmy wstęp do teorii minorów pół wykładu

Wykład 8. Drzewo rozpinające (minimum spanning tree)

Algorytmika Problemów Trudnych

Kody blokowe Wykład 5a;

Teoria ciała stałego Cz. I

TEORIA GRAFÓW I SIECI - ROZDZIAŁIV. Drzewa. Drzewa

a) 7 b) 19 c) 21 d) 34

Topologia kombinatoryczna zadania kwalifikacyjne

Zad.3. Jakub Trojgo i Jakub Wieczorek. 14 grudnia 2013

G. Wybrane elementy teorii grafów

WYŻSZA SZKOŁA INFORMATYKI STOSOWANEJ I ZARZĄDZANIA

Lista 4. Kamil Matuszewski 22 marca 2016

Gramatyki grafowe. Dla v V, ϕ(v) etykieta v. Klasa grafów nad Σ - G Σ.

Matematyka Dyskretna (Ćwiczenia)

Rzut oka na współczesną matematykę spotkanie 10: Zagadnienie czterech barw i teoria grafów, cz. 2

Matematyka dyskretna. Andrzej Łachwa, UJ, /15

Matematyka dyskretna. Andrzej Łachwa, UJ, A/14

Zadanie I. 2. Gdzie w przestrzeni usytuowane są punkty (w której ćwiartce leży dany punkt): F x E' E''

Transkrypt:

Grafy płaskie G=(V,E) nazywamy grafem płaskim, gdy V jest skończonym podzbiorem punktów płaszczyzny euklidesowej, a E to zbiór krzywych Jordana (łamanych) o końcach w V i takich, że: 1) rożne krzywe mają różne pary końców, 2) wnętrza krzywych nie zawierają punktów innych krzywych zbioru E ani żadnych punktów zbioru V. Graf płaski jest grafem abstrakcyjnym o zbiorze wierzchołków V i zbiorze krawędzi E, ale też zbiorem punktów G = V E

Ilustracja

Ściany R 2 G jest otwartym podzbiorem płaszczyzny jego obszary spójne nazywamy ścianami G dokładnie 1 ściana jest nieograniczona nazywamy ją zewnętrzną. brzeg ściany albo daną krawędź zawiera albo jest rozłączny z jej wnętrzem.

Ilustracja S3 S1 S2 S3 S3 ściana zewnętrzna

Mosty i nie-mosty Niech C będzie cyklem w grafie płaskim G. Jeśli e należy do C, to e leży na brzegu dokładnie dwóch ścian i te ściany zawarte są w 2 różnych ścianach grafu C. Jeśli e jest mostem, to e leży na brzegu dokładnie jednej ściany. Wniosek: płaski las ma tylko jedną ścianę.

Ilustracja: mosty, cykle

2-spójne grafy płaskie Fakt: W 2-spójnym grafie płaskim brzeg każdej ściany jest cyklem. Dowód: Indukcja z wykorzystaniem konstrukcyjnej charakterystyki grafów 2-spójnych. H P

Triangulacje Graf płaski nazywamy maksymalnym, gdy żaden jego nadgraf właściwy o tym samym zbiorze wierzchołków nie jest płaski. Graf płaski nazywamy triangulacją, gdy brzeg każdej ściany jest trójkątem. Fakt. Graf płaski o co najmniej 3 wierzchołkach jest maksymalny wgdy jest triangulacją.

Dowód Jeśli każda ściana jest trójkątem, to nie można dodać krawędzi, która nie naruszałaby warunków 1) i 2) z def. płaskości. G musi być 2-spójny, więc brzeg każdej ściany jest cyklem. Niech C będzie jednym z nich. Skoro G jest maksymalny, to V(C) jest kliką w G, której wszystkie krawędzie leżą na zewnętrznej ścianie C. Jest to jednak możliwe tylko, gdy V(C) <4 (patrz: rysunek).

Ilustracja dowodu C

Zajrzyjmy do pudełek n=8, m=12, l=6 n=20, m=30, l=12 n-m+l=2

Wzór Eulera Tw. (Euler, 1752) W każdym spójnym grafie płaskim liczba wierzchołków n, liczba krawędzi m i liczba ścian l spełniają równość: n-m+l=2 Dowód: Indukcja względem m przy ustalonym n. Jeśli m=n-1, to G jest drzewem i l=1. Jeśli m>n-1, to G zawiera cykl. Usuńmy krawędź e z tego cyklu. Graf G-e ma jedną krawędź mniej i jedną ścianę mniej niż G. Stosujemy założenie indukcyjne do G-e.

Liczba krawędzi grafu płaskiego Wniosek: Graf płaski o n wierzchołkach ma nie więcej niż 3n-6 krawędzi, triangulacja ma ich dokładnie tyle. Dowód: Licząc krawędzie wokół każdej ściany triangulacji i sumując je, otrzymamy 2m, ale jednocześnie 3l. Stąd i ze wzoru Eulera pomnożonego przez 3, 3n-3m+2m=6.

Przykład triangulacji n=7, m=3n-6=15, l=10

Grafy planarne Graf G jest planarny, gdy jest izomorficzny z grafem płaskim. Mówimy wtedy, że można go zanurzyć w (narysować na) płaszczyźnie. Graf płaski izomorficzny z G nazywamy rysunkiem G. Fakt: Każdy graf planarny posiada rysunek, którego krawędzie są odcinkami prostymi. (ćw) K 4

Równoważność topologiczna Dwa rysunki tego samego grafu są topologicznie równoważne, gdy (multi)zbiory podgrafów będących brzegami ścian pokrywają się. Przykład: 2 topologicznie równoważne rysunki K 4

Poniższe pary nie są równoważne 4 6 7 5 6 5 5 6

3-spójne grafy planarne Tw. (Whitney, 1932) Każde dwa rysunki 3-spójnego grafu planarnego są topologicznie równoważne. Lemat: Cykl C 3-spójnego grafu płaskiego jest brzegiem ściany wgdy C jest cyklem indukowanym a V(C) nie rozdziela G. Dowód Tw.:Z Lematu, każdy rysunek 3-spójnego grafu planarnego ma te same cykle na brzegach ścian. Dowód Lematu: Skoro V(C) nie rozdziela G, to przynajmniej jedna ze ścian C nie zawiera punktów G-C. Zatem C jest brzegiem ściany.

Maksymalne grafy planarne Graf planarny jest maksymalny, gdy żaden jego nadgraf właściwy o tym samym zbiorze wierzchołków nie jest planarny. Rysunek maksymalnego grafu planarnego jest triangulacją, i odwrotnie, każda triangulacja jest maksymalnym grafem planarnym. Zatem, graf planarny o n>2 wierzchołkach jest maksymalny wgdy ma 3n-6 krawędzi. Triangulacje są 3-spójne (bez dowodu)

Ani, ani Wszystkie grafy na 4 wierzchołkach są planarne (bo K 4 jest planarny) Wszystkie grafy na 5 wierzchołkach są planarne, oprócz K 5 (ćw.) Wszystkie grafy dwudzielne na 6 wierzchołkach są planarne, oprócz K 3,3 (ćw.) Ani K 5, ani K 3,3 nie jest planarny Dowód dla K 5 : m=10>9=3n-6 Dowód dla K 3,3 : na ćwiczeniach!

D1 D2 D3?? S1 S2 S3

Podziały topologiczne krawędzi K 3 G=TK 3 Nieformalny zapis G=TH oznacza, ze G jest jednym z grafów, które można otrzymać z grafu H przez topologiczne podziały krawędzi. (TH jest więc nieskończoną rodziną grafów)

Tw. Kuratowskiego Ani TK 5, ani TK 3,3 nie jest planarny. Żaden graf planarny nie zawiera ich. Tw. (Kuratowski 1930) Graf G jest planarny wgdy nie zawiera ani TK 5 ani TK 3,3. (bez dowodu.)