Учебник «Вероятность и статистика. 7–9 классы», часть 1, с. 92, §21*
№147. В Изумрудном городе шесть площадей. Каждая площадь соединена улицами ровно с тремя другими площадями. Никакие две улицы в городе не пересекаются.
а) Начертите возможный план Изумрудного города.
б) Можно ли устроить экскурсию по всем улицам и площадям Изумрудного города, не проходя ни по одной улице дважды?
Дано:
6 площадей; из каждой выходят 3 улицы; улицы не пересекаются
Найти:
а) план города; б) можно ли пройти по всем улицам по одному разу
Составим граф города: площади — вершины, улицы — рёбра. По условию в графе шесть вершин и у каждой степень 3; кроме того, рёбра (улицы) не должны пересекаться — граф нужно нарисовать на плоскости без пересечений рёбер.
а) План. Сумма степеней равна , поэтому в графе рёбер (улиц). Попробуем так: нарисуем большой треугольник АБВ — три площади, каждая соединена с двумя соседними по улице. Внутри него нарисуем маленький треугольник ГДЕ — ещё три площади с улицами ГД, ДЕ и ЕГ. Осталось дать каждой площади третью улицу: соединим А с Г, Б с Д и В с Е. Все шесть площадей теперь имеют по три улицы, а улицы нигде не пересекаются (внутренний треугольник «вписан» во внешний).
Замечание. Требование «улицы не пересекаются» существенно. Например, план «три площади слева, три справа, и каждая левая соединена с каждой правой» тоже даёт по три улицы у каждой площади, но начертить его без пересечений улиц нельзя, поэтому он не подходит.
б) Экскурсия по всем улицам и площадям, где ни по одной улице не проходят дважды, — это эйлеров путь в графе (п. 21). В любом нашем графе у каждой из шести вершин степень 3, то есть нечётная. Значит, вершин нечётной степени шесть, а для эйлерова пути их должно быть не больше двух. Поэтому такой экскурсии не существует — и для нарисованного плана, и вообще для любого плана с такими условиями.
То же самое «на пальцах»: каждый раз, когда экскурсия проходит через площадь (приходит и уходит), на ней используются две улицы. Поэтому у площади, которая не является началом или концом экскурсии, число улиц должно быть чётным. Нечётное число улиц (у нас — три) возможно только у начала и конца экскурсии, то есть не больше чем у двух площадей, а у нас таких площадей шесть.
Ответ: а) план — на рисунке; б) нет, нельзя.
Ответ: а) План — два треугольника АБВ и ГДЕ (один внутри другого) и улицы АГ, БД, ВЕ. б) Нет: все шесть вершин имеют нечётную степень 3.