В стране 800 городов и нет дорог. Два наследника престола готовятся разделить её на две равные части (по 400 городов). Король, перед тем как сдать дела, хочет всё же провести несколько дорог, но так, чтобы при любом возможном разделе наследникам досталось поровну дорог (наследнику достаётся дорога, если ему достались оба конца этой дороги). Сможет ли он это сделать, построив ровно 3000 дорог?
Доказательство. Пусть в графе на 800 вершинах выполнено требование: для любого разбиения на две части по 400 вершин число рёбер внутри первой части равно числу рёбер внутри второй. Для каждого множества S размера 400 положим x_v = +1, если v ∈ S, и xv = −1, если v ∉ S. Тогда для любого такого x e(S) − e(S^c) = 1/2 · ∑{v} xv deg(v). По условию левая часть равна 0 для всех таких x, значит ∑{v} x_v deg(v)=0 для всех векторов x с 400 плюсами и 400 минусами.
Возьмём любые два различных вершины u и v и выберем вектор x с x_u=+1, x_v=−1 и любыми 399 другими плюсами и 399 минусами на оставшихся вершинах (такой x существует). Поменяв местами знаки у u и v, получим второй допустимый вектор x'. Для x и x' имеем ∑ x_v deg(v)=0 и ∑ x'_v deg(v)=0; вычитая, получаем deg(u)=deg(v). Значит все вершины имеют одинаковую степень k, т.е. граф регулярен.
Тогда 2m = 800·k, следовательно m = 400·k — обязательно кратно 400. Число 3000 не кратно 400, поэтому такой граф не существует. Таким образом король не сможет построить ровно 3000 дорог.
Нет.
Доказательство. Пусть в графе на 800 вершинах выполнено требование: для любого разбиения на две части по 400 вершин число рёбер внутри первой части равно числу рёбер внутри второй. Для каждого множества S размера 400 положим x_v = +1, если v ∈ S, и xv = −1, если v ∉ S. Тогда для любого такого x
e(S) − e(S^c) = 1/2 · ∑{v} xv deg(v).
По условию левая часть равна 0 для всех таких x, значит ∑{v} x_v deg(v)=0 для всех векторов x с 400 плюсами и 400 минусами.
Возьмём любые два различных вершины u и v и выберем вектор x с x_u=+1, x_v=−1 и любыми 399 другими плюсами и 399 минусами на оставшихся вершинах (такой x существует). Поменяв местами знаки у u и v, получим второй допустимый вектор x'. Для x и x' имеем ∑ x_v deg(v)=0 и ∑ x'_v deg(v)=0; вычитая, получаем deg(u)=deg(v). Значит все вершины имеют одинаковую степень k, т.е. граф регулярен.
Тогда 2m = 800·k, следовательно m = 400·k — обязательно кратно 400. Число 3000 не кратно 400, поэтому такой граф не существует. Таким образом король не сможет построить ровно 3000 дорог.