Edición de «Práctica 9: Planaridad - Coloreo (Algoritmos III)»

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Línea 35: Línea 35:
==Ejercicio 09.01:==
==Ejercicio 09.01:==
<br>1.No (Es contraible a K5 por los ejes que tocan la "estrella" por afuera)
<br>1.No (Es contraible a K5 por los ejes que tocan la "estrella" por afuera)
<br>2.No (Es contraible a K5 por el eje que toca el triángulo por arriba)
<br>2.No (Es contraible a K5 por el eje que toca el triangulo por arriba)
<br>3.No (Si se contrae uniendo los 2 nodos de arriba a la izquierda le queda un subrafo isomorfo a K3,3).
<br>3.
<br>4.No (Sobre el rombo de fuera, si se contrae el nodo de arriba con el de la derecha, y el de abajo con el de la izquierda, queda entonces un K3,3).
<br>4.
<br>5.No (Contiene un subgrafo contraible a K3,3)
<br>5.No (Contiene un subgrafo contraible a K3,3)


==Ejercicio 09.02:==
==Ejercicio 09.02:==
<br> Sea T arbol. T es planar <=> no contiene un subgrafo homeomorfo a K5 o K33. Como no son isomorfos (todo arbol tiene hojas -> hay vertices de grado 1, pero K5 y K33 no tienen) -> y no se pueden obtener de otro grafo mediante subdiv. elementales (ya que cualquier subdiv. de K5 o K33 tiene ciclos -> no se puede llegar a un arbol) entonces vale.
<br> Sea T arbol. T es planar <=> no contiene un subgrafo homeomorfo a K5 o K33. Como no son isomorfos (todo arbol tiene hojas -> hay vertices de grado 1, pero K5 y K33 no tienen) -> y no se pueden obtener de otro grafo mediante subdiv. elementales (ya que cualquier subdiv. de K5 o K33 tiene ciclos -> no se puede llegar a un arbol) entonces vale.
<br>
<br>Demostración por inducción en la cantidad de hojas:
<br>
<br> Caso base:
<br>Si T no tiene ninguna hoja => T es un vértice aislado => Fácilmente podemos dibujarlo de forma planar.
<br>No hay arboles con una sola hoja.
<br>Si T tiene dos hojas => T es un K2, es decir, dos vertices unidos por una arista => Tambien es facil dibujarlo de forma planar.
<br>
<br> Paso inductivo:
<br> HI = Para todo arbol T con, a lo sumo, k hojas => T es planar
<br>Sea T un árbol de k+1 hojas.
<br>Sea T' = T - (w,v), con v una hoja de T.
<br>Entonces T' tiene k hojas => Por HI, T' es planar.
<br>Sea R una región de la representación planar de T' que tiene a w en su frontera.
<br>Luego, podemos dibujar a v dentro de R y unirlo con w mediante una arista.
<br>De esta forma obtenemos una representación planar de T.
<br>Entonces T es planar, como queríamos probar.


==Ejercicio 09.03:==
==Ejercicio 09.03:==
<br>a)
<br>Sea G un grafo planar con k componentes conexas, n vértices y m aristas.
<br>Sea R la cantidad de regiones que determina cualquier representación planar de G.
<br>Para cada una de las componentes conexas de G vale la formula de Euler, es decir, R_i = m_i - n_i + 2. (cantidad de regiones de la i-esima componente conexa)
<br>Entonces: R = Σ R_i
<br>Pero esta formula cuenta la "región exterior" una vez por cada componente conexa, en lugar de hacerlo una única vez.
<br>Entonces: R = (Σ R_i) - k + 1.
<br>Pero: Σ R_i = m - n + 2 * k.
<br>Entonces: R = m - n + 2 * k - k + 1.
<br>Finalmente: R = m - n + k + 1
<br>
<br>b)
<br>Sea G un grafo planar con k componentes conexas, n vértices y m aristas.
<br>Sea G' = G + C, donde C es un camino simple que incide en exactamente un vértice de cada componente conexa de G.
<br>Entonces, G' es planar (pues solo unimos las componentes conexas), conexo y m' = m + k - 1 y n' = n.
<br>Luego, vale que: m' <= 3 * n' - 6 = 3 * n - 6
<br>Finalmente: m' = m + k - 1 <= m + k + 1 <= m <= 3 * n - 6.
<br>Entonces m <= 3 * n - 6, como quería probar.
<br> Este es el ej 9.4
<br>G planar y para todo v, d(v) >= 3 -> 2 = n-m+r y 3*n <= 2*m = Σd(v) -> n <= 2/3*m
<br>G planar y para todo v, d(v) >= 3 -> 2 = n-m+r y 3*n <= 2*m = Σd(v) -> n <= 2/3*m
<br>-> 2 = n-m+r <= 2/3*m-m+r <=> 6 <= 2*m-3*m+3*r = 3*r-m <=> m <= 3*r-6
<br>-> 2 = n-m+r <= 2/3*m-m+r <=> 6 <= 2*m-3*m+3*r = 3*r-m <=> m <= 3*r-6
Línea 93: Línea 52:


<br>b) Sup. que no. Entonces para todo v, d(v) >= 5 -> Σ d(v) = 2*m >= 5*n
<br>b) Sup. que no. Entonces para todo v, d(v) >= 5 -> Σ d(v) = 2*m >= 5*n
<br> G es planar -> m <= 3*n-6  
<br> G es planar -> m <= 3*n-6 -> 2*(3*n-6) >= 2*m >= 5*n -> 6*n-12 >= 5*n -> n >= 12 -> ABS
<br> -> 2*(3*n-6) >= 2*m >= 5*n  
<br> -> 6*n-12 >= 5*n  
<br> -> n >= 12  
<br> -> ABS


<br>c) Sup. G y Gc son planares
<br>c) Sup. G y Gc son planares
Línea 103: Línea 58:
<br> -> n(n-1)/2 - (3*n-6) <= m(Gc) <= (3*n-6)
<br> -> n(n-1)/2 - (3*n-6) <= m(Gc) <= (3*n-6)
<br> Con lo cual hay que ver para que valores se cumple n(n-1)/2 - (3*n-6) <= (3*n-6). Esto pasa si n<sup>2</sup>-13*n+24 <= 0  <=> (n-10,77)(n-2,22) <= 0 -> n <= 10 y n >= 3. Pero por HI n >= 11 -> ABS
<br> Con lo cual hay que ver para que valores se cumple n(n-1)/2 - (3*n-6) <= (3*n-6). Esto pasa si n<sup>2</sup>-13*n+24 <= 0  <=> (n-10,77)(n-2,22) <= 0 -> n <= 10 y n >= 3. Pero por HI n >= 11 -> ABS
Ojo que en estos 3 ejercicios se uso m <= 3n-6, esto se dió en la teórica solo para grafos planares conexos. Igualmente esta fórmula también vale para los no conexos, por el resultado del ej 9.8.b


==Ejercicio 09.05:==
==Ejercicio 09.05:==
Línea 121: Línea 74:
m <= 3*n-6 = 3*(n-2) <= k(n-2) (la minima longitud de un circuito es 3)
m <= 3*n-6 = 3*(n-2) <= k(n-2) (la minima longitud de un circuito es 3)
(Ahora lo seguimos)
(Ahora lo seguimos)
ó, otra solucion puede ser:
Como Σ d(Ri) = 2*m, y además,
como tenemos circuitos de longitud minima k, entonces d(Ri)>=k, por lo tanto Σ d(Ri)>=r*k.
Reemplazando en la formula de eular r = m-n+2;(porque es planar y conexo) tenemos:
m-n+2 < 2*m/k
Despejamos m, y listo.
m <= ((n- 2) * k) /(k-2)


==Ejercicio 09.08:==
==Ejercicio 09.08:==
Línea 142: Línea 84:


El problema con esto es que está aplicando la fórmula a componentes conexas que podrían no cumplir la hipótesis de la desigualdad (que pide n >= 3). Por esa razón hay que tener cuidado con la justificación dada.
El problema con esto es que está aplicando la fórmula a componentes conexas que podrían no cumplir la hipótesis de la desigualdad (que pide n >= 3). Por esa razón hay que tener cuidado con la justificación dada.
b)(2da opinion)
La demostración sale igual para probar que vale para los conexos.


==Ejercicio 09.09:==
==Ejercicio 09.09:==
Línea 245: Línea 184:


<br>d)
<br>d)
Por abs. Supongamos que G tiene una clique de corte S. Sean Gi,...,Gs las componentes de sacar a S de G, pero ademas esas componentes tiene la clique S.
Como el grafo es color critico, vale que cada componente es k-1 coloreable.
En particular como S es una cloque cada vertice de esa clique usa colores distintos. Ahora tenemos que los Gi son k-1 coloreables y cada una tiene distintos colores en S. Si cada Gi usa los mismos colores en S, se puede generar un coloreo k-1 de G. (no fiarse de mi dem., pero quiza sirve de idea)


==Ejercicio 09.18:==
==Ejercicio 09.18:==
Línea 254: Línea 190:
* PI:
* PI:
Sea G' = G-v (G sin el vertice v). Agregamos el vertice. Si X(G') < X(G), G era k-critico y listo. Si no, X(G') = X(G), con lo cual, si G' tenia un subgrafo k-critico, G tambien lo tiene -> OK
Sea G' = G-v (G sin el vertice v). Agregamos el vertice. Si X(G') < X(G), G era k-critico y listo. Si no, X(G') = X(G), con lo cual, si G' tenia un subgrafo k-critico, G tambien lo tiene -> OK
<br> Otra forma:
Ir borrando vértices, hasta que el subgrafo que queda al sacar cualquier vertice queda critico.


==Ejercicio 09.19:==
==Ejercicio 09.19:==
Línea 266: Línea 199:


==Ejercicio 09.20:==
==Ejercicio 09.20:==
El grafo de Grotzsch. (Es el grafo de Mycielski 4, M_4.)
El grafo de Grotzsch.


==Ejercicio 09.21:==
==Ejercicio 09.21:==
Línea 276: Línea 209:
<br>X(G)+X(Gc) = X(G')+X(Gc')+k (k cte.). Separamos en casos:
<br>X(G)+X(Gc) = X(G')+X(Gc')+k (k cte.). Separamos en casos:
<br>1. X(G) = X(G') o X(Gc) = X(Gc') -> k <= 1 -> X(G)+X(Gc) <= X(G')+X(Gc')+1 <= (HI) n+1 OK
<br>1. X(G) = X(G') o X(Gc) = X(Gc') -> k <= 1 -> X(G)+X(Gc) <= X(G')+X(Gc')+1 <= (HI) n+1 OK
<br>2. dG(v) >= X(G') y dGc(v) >= X(Gc') ->
<br>2. dG(v) >= X(G') y dGc(v) >= X(Gc') -> X(G)+X(Gc) = X(G')+X(Gc')+2 <= dG(v)+dGc(v)+2 =
X(G') <= X(G) + 1 <= dG(v) + 1 y
<br>(como dGc(v)=n-dG(v)-1) dG(v)+(n-dG(v)-1)+2 = n+1 OK
X(G'c) <= X(Gc) + 1 <= dGc(v) + 1 entonces
<br>X(G') + X(G'c) <= dG(v) + dGc(v) + 2 (como dGc(v)=n-dG(v)-1) dG(v)+(n-dG(v)-1)+2 = n+1 OK


<br>b) Probamos ambas desigualdades:
<br>b) Probamos ambas desigualdades:
Línea 293: Línea 224:


==Ejercicio 09.22:==
==Ejercicio 09.22:==
 
Creo que sale con Teorema de Brooks
Por absurdo.
Supongamos que G no es ninguno de los que dice el enunciado, entonces se puede usar el teorema de brooks.
<br> X(G) <= maximoGrado(G).
<br> Como el grafo es regular, maximoGrado(G)= d(G).
<br> Para el grafo complemento vale que X(Gc) <= maximoGrado(Gc)+1 = d(Gc)+1.
(el complemento de un regular es regular).
<br> d(Gc)+1 = n-d(G)+1-1
<br> X(G) + X(Gc) <= d(G)+n-d(G) = n Absurdo, porque deberia ser n+1


==Ejercicio 09.23:==
==Ejercicio 09.23:==
Línea 324: Línea 247:
<br>2. k(k-1)^2
<br>2. k(k-1)^2
<br>3. k(k-1)(k-2)
<br>3. k(k-1)(k-2)
<br>4. k(k-1)^2(k-2) + k(k-1)^2 = (k-1)^4+(k-1)
<br>4. k(k-1)^2(k-2) + k(k-1)^2(k-1) = k(k-1)^2)(k-2 + k-1) = k(k-1)^2)(2k-3)
<br>
Numerar los vertices de C4 v1,v2,v3,v4
<br>v1---v2
<br>|____|
<br>v4---v3
<br>En el circuito el primer termino de la suma corresponde a v2,v4 con distintos colores, lo que obliga a v3 tener k-2 elecciones.
El segundo termino corresponde a v2 y v4 con los mismos colores.
<br>5. k(k-1)(k-2)(k-3)
<br>5. k(k-1)(k-2)(k-3)
<br>6. k(k-1)(k-2)(k-1)^2
<br>6. k(k-1)(k-2)(k-1)^2
<br>7. k(k-1)(k-2)...(k-(n-1))
<br>7. k(k-1)(k-2)...(k-(n-1))


<br>b) Vamos tomando k crecientes a partír de 0. Luego, el primer valor de k para el que PG(k)!=0 es el número cromático.
<br>b) Creo que es igual a la cant. de raices del polinomio cromatico
Por ejemplo en el 2) PG(0)=0, PG(1)=0, PG(2)=2. Entonces X(G)=2.


==Ejercicio 09.26:==
==Ejercicio 09.26:==
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