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握手定理

核心概念

握手定理:在任意图中,所有顶点的度数之和等于边数的两倍。

vVdeg(v)=2E.\sum_{v\in V} \deg(v) = 2|E|.

直接推论(奇点定理):图中度为奇数的顶点个数必为偶数

直观理解 · 动手试试

握手定理的名字来自一个画面:一群人互相握手,统计"每个人握手的次数之和"。每一次握手都被两个人各记一次,所以这个总和必然是握手总次数(边数)的两倍——一定是偶数。

由此立刻得到一个反直觉却极有用的事实:奇数度的顶点必成对出现。因为总度数是偶数,而偶数度的顶点贡献偶数,要让总和仍为偶数,奇数度顶点的个数就只能是偶数。无数"能不能恰好两两配对/连线"的问题,都靠这一句话定生死。

握手定理

6 人,每人握手 3

3
3
3
3
3
3
度数之和 = 6 × 3 = 18
度数和为偶数,握手次数(边数)= 18/2 = 9
6
3

每次握手被两人各记一次,所以度数之和必为偶数(= 2×握手数)。当人数与握手数都为奇数时,总和为奇,根本不可能实现。

例题 1由度数和求边数

一个图有 66 个顶点,度数分别为 3,3,3,3,3,33,3,3,3,3,3,求边数。

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答: 9 条边

例题 2奇点定理的应用

某班 99 个人,能否每个人都恰好与其中 33 个人是朋友?

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答: 不可能

即时练习

一个图所有顶点度数之和为 2020,它有多少条边?

2E=20E=102|E| = 20 \Rightarrow |E| = 10

一个图有 88 个顶点,每个顶点度都是 66,求边数。

度数和 =8×6=48=2E= 8\times6 = 48 = 2|E|,故 E=24|E| = 24

一个图中可以恰好有 33 个顶点的度为奇数。

奇数度的顶点个数必为偶数,不可能是 33

77 个人能否每人都恰好与其他 33 个人握过手?

那样会有 77 个奇数度顶点(奇数个),违反奇点定理,不可能。

握手定理 deg(v)=2E\sum\deg(v) = 2|E| 成立是因为?

每条边为它的两个端点各贡献 1 度每个顶点只有一条边图一定是连通的图一定是完全图

每条边连接两个顶点,被两端各记一次度,故度数和是边数的 22 倍。

    易错点

    • 忘了乘 22 度数之和是边数的两倍,不是边数本身。
    • 误以为奇数度顶点不能存在。 它们可以存在,只是个数必须为偶数。
    • 建模漏掉"互相"。 朋友/握手是双向关系,对应无向边,两端都记度。

    下一步

    前置知识点