2.7

Экстремальные задачи (теорема Турана)

[6/83%]
Показать
LaTeX
Задача 2.7.1

Пункты этой задачи, кроме (2), являются различными версиями и частными случаями теоремы Турана.

Треугольником в графе называется цикл длины 3.

?
(1)

Если граф не содержит треугольников, то en2/4e \leq n^{2}/4.

(2)

Если e=[n2/4]+1e = [n^{2}/4] + 1, то в графе есть по крайней мере [n/2][n/2] треугольников.

(3)

Если n=kmn = km и граф не содержит (k+1)(k+1)-клики, то 2ek(k1)×m22e \leq k(k-1) \times m^{2}. (Переходя к дополнительному графу, получаем, что если n=kmn = km и граф не содержит (k+1)(k+1)-антиклики, то 2ekm(m1)2e \geq km(m-1).)

(4)

Если граф не содержит (k+1)(k+1)-антиклики, то 2ekm(m1)+2mr2e \geq km(m-1) + 2mr, где m:=[n/k]m := [n/k] и r:=k{n/k}r := k\{ n/k\}.

Задача 2.7.2
?
(1)

Если граф не содержит несамопересекающегося цикла длины 4, то e<n3/2e < n^{3/2}.

(2)

Если граф не содержит подграфа K3,2K_{3,2}, то e<2n3/2e < 2n^{3/2}.

(3)

Если граф не содержит подграфа K3,3K_{3,3}, то e<2n5/3e < 2n^{5/3}.

(4)

Для любых целых s,ts, t, 2st2 \leq s \leq t, если граф не содержит подграфа Ks,tK_{s,t}, то e<tn21/se < t n^{2-1/s}.

Задача 2.7.3

Для любых nn точек на плоскости существует не более nn диаметров, т.е. (неупорядоченных) пар точек, расстояние между которыми равно максимуму из всех возможных расстояний между парами из этих nn точек.

?
Задача 2.7.4

Для любых nn точек A1,,AnA_{1}, \ldots , A_{n} в Rd\mathbb {R}^{d} обозначим через D(A1,,An)D(A_{1}, \ldots , A_{n}) число (неупорядоченных) пар точек, расстояние между которыми равно 1. Обозначим

En(d)=max{D(A1,,An):A1,,AnRd}. E_{n}(d) = \max \{ D(A_{1},\ldots ,A_{n}) : A_{1},\ldots ,A_{n} \in \mathbb {R}^{d}\} .

Тогда:

?
(1)

En(2)>n[log2n]/4E_{n}(2) > n[\log_{2} n]/4;

(2)

En(2)2n3/2E_{n}(2) \leq 2n^{3/2};

(3)

En(3)2n5/3E_{n}(3) \leq 2n^{5/3};

(4)

(n1)24En(4)2(n+4)25\dfrac {(n-1)^{2}}{4} \leq E_{n}(4) \leq \dfrac {2(n+4)^{2}}{5}.

Задача 2.7.5
?
(1)

Пусть VV11q11^{q}-элементное подмножество пространства Rq\mathbb {R}^{q} (определение пространства Rq\mathbb {R}^{q} см. в гл. 7), любое 10q10^{q}-элементное подмножество которого содержит две точки x,yx,y на расстоянии 1: xy=1\left|x-y\right|=1. Докажите, что для достаточно большого qq количество единичных расстояний между точками множества VV больше чем 12q/212^{q}/2:

12{(x,y)V×V:xy=1}>12q2. \frac{1}{2} \left|\{ (x,y) \in V \times V : \left|x-y\right|=1\} \right| > \frac{12^{q}}{2}.
(2)

Докажите, что в условиях предыдущего пункта можно заменить число 12q/212^{q}/2 на 12,1q12{,}1^{q}.

Задача 2.7.6

Можно рассмотреть обобщение задачи Турана (см. задачу 2.7.1), вместо клик заданного размера запретив другие подграфы. Обозначим через exH(n)\operatorname {ex}_{H}(n) максимальное количество рёбер в графе с nn вершинами, не содержащем подграфов, изоморфных HH. Например, exKk+1(n)\operatorname {ex}_{K_{k+1}}(n) — это максимальное число рёбер в графе с nn вершинами, не содержащем (k+1)(k+1)-клики.

Докажите, что если H1H_{1} — подграф графа H2H_{2}, то exH1(n)exH2(n)\operatorname {ex}_{H_{1}}(n) \leq \operatorname {ex}_{H_{2}}(n).

См. также задачи 6.1.2 и 6.1.3.

?