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広島大学 先進理工系科学研究科 情報科学プログラム 2021年8月実施 専門科目I 問題4

Author

祭音Myyura

Description

平面的グラフの次のような自然な一般化を考えよう。グラフ GG は、ユークリッド平面上に各辺が高々 11 本の他の辺と交差するように描画できるとき 11-平面的 であるという。 ただし任意の 33 辺が 11 点で交差することは許されないものとする。

(1) 11-平面的ではあるけれども平面的ではないグラフの例を示しなさい。ただし、そのグラフが平面的でないことの理由も示すこと。

(2) 定義より、任意の平面的グラフは1-平面的でもある。頂点数6以下の任意のグラフが1-平面的であることを証明しなさい。

(3) 任意の1-平面的グラフの点彩色数は高々で6であることが知られている。 (1) で答えたグラフを色集合 a,b,c,d,e,f{a, b, c, d, e, f} を使って点彩色しなさい。 ただし隣接する任意の2頂点が異なる色で塗られていなくてはならないものとする。


Let us consider the following natural generalization of planar graphs. A graph is said to be 1-planar if it can be drawn in the Euclidean plane in such a way that each edge has at most one crossing point with other edge and any three edges do not cross at a point.

(1) Give an example of a 1-planar graph which is not planar, with a certification of non-planarity.

(2) By definition, any planar graph is 1-planar. Prove that any graph with at most six vertices is 1-planar.

(3) It is known that the chromatic number of any 1-planar graph is at most six. Give a vertex coloring of the graph illustrated in (1) with a set of colors a,b,c,d,e,f{a, b, c, d, e, f} in such a way that any two adjacent vertices are given different colors.

题目描述

将平面图作如下推广:若图 GG 能画在欧氏平面上,使每条边至多与另一条边交叉一次,则称 GG11-平面图;不允许任意三条边交于同一点。

  1. 给出一个是 11-平面图但不是平面图的例子,并说明它为何不是平面图。
  2. 由定义,任意平面图也是 11-平面图。证明任意顶点数不超过 66 的图都是 11-平面图。
  3. 已知任意 11-平面图的顶点色数至多为 66。用颜色集合 {a,b,c,d,e,f}\{a,b,c,d,e,f\} 对第 1 问给出的图作顶点着色,使任意相邻顶点颜色不同。

考点

  • 平面图:通过完全图的画法与非平面性论证理解 11-平面性,并构造六个顶点以内图的 11-平面嵌入及合法顶点着色。

Kai

(1)

The graph K5K_5 (complete graph of 55 vertices) is not planar but 1-planar (Fig 1.)

Fig 1.

To show K5K_5 is not planar, first we note that the complete graph K4K_4 is planar (see Fig 1., vertices A,B,C,DA, B, C, D).

Now we attempt to create K5K_5 by building it from it subgraph K4K_4. Each of the faces of K4K_4 is in the same form as each of the others. That is, each face consists of a triangle of 3 vertices which is not incident to the 4th vertex. So exactly where in the plane we place the 5th vertex does not matter.

W.l.o.g let us place vertex EE outside the triangle ABCABC as shown above. Edges AEAE, BEBE, and CECE can be constructed without crossing an existing edge of K4K_4, as indicated by dotted black lines, then it is not possible to construct edge DEDE without crossing one of ABAB, ACAC or BCBC. This is shown in dotted red. Hence K5K_5 is not planar.

(2)

To prove that any graph with at most six vertices is 1-planar, we only need to prove that K6K_6 is 1-planar since any graph with at most six vertices is a subgraph of K6K_6.

We place another vertex FF in the outerface of Fig.1. Edge AFAF can be constructed by crossing BEBE, edge DFDF can be constructed by crossing BCBC and edges BFBF, CFCF, EFEF can be constructed without crossing an existing edge. Hence the result.

(3)

(意味不明な設問)

  • A: a
  • B: b
  • C: c
  • D: d
  • E: e