Feladat: 1991. évi Nemzetközi Matematika Diákolimpia 21. feladata Korcsoport: 18- Nehézségi fok: nehéz
Megoldó(k):  Harcos Gergely 
Füzet: 1991/november, 339 - 340. oldal  PDF  |  MathML 
Témakör(ök): Gráfok összefüggősége, Konstruktív megoldási módszer, Nemzetközi Matematikai Diákolimpia
Hivatkozás(ok):Feladatok: 1991/szeptember: 1991. évi Nemzetközi Matematika Diákolimpia 21. feladata

A szöveg csak Firefox böngészőben jelenik meg helyesen. Használja a fenti PDF file-ra mutató link-et a letöltésre.

Úgy fogjuk megszámozni az éleket, hogy már két olyan él is tartozzék minden legalább másodfokú csúcshoz, amelyekre egymáshoz relatív prím számokat írtunk; ez nyilván elegendő a feladatbeli állítás bizonyítására.
Legyenek a gráf legalább másodfokú csúcsai A1,A2,...,An (ha ilyen csúcs nincsen, akkor triviális az állítás). Mivel a gráf összefüggő, ezért bármely csúcsból bármely csúcsba vezet út a gráfban. Menjünk el A1-ből A2-be, A2-ből A3-ba, ...,An-1-ből An-be, végül An-ből A1-be a gráf egy-egy tetszőleges élsorozatán keresztül! Így egy olyan utazást teszünk a gráfban, amelynek során minden Ai-t (i=1,2,...,n) érintünk és elhagyunk legalább egyszer. Tegyük fel, hogy utazásunk alatt sorra számozzuk az érintett éleket az 1,2,...,l számokkal (1lk) ‐ azzal a kikötéssel, hogy ha egy élre
a) már írtunk számot, akkor arra új számot már nem írunk.
b) még nem írtunk számot (tehát az utazás során először érintjük), akkor 1-gyel nagyobb számot írunk rá, mint amilyet utoljára használtunk.
Ezek szerint mindig csak az "új'' ‐ addig még nem érintett ‐ élekre kell számot írnunk, és összesen l db élt számoztunk meg a k db él közül.
Az utazásnál még egy dologra kell ügyelnünk:
Ha valamelyik Ai csúcsot (i=2,3,...,n) először érintjük utazásunk során (ez biztosan bekövetkezik minden i-re valamikor), akkor Ai-t másik élén keresztül hagyjuk el, mint amilyenen keresztül megközelítettük; ez megtehető, mert Ai legalább másodfokú. Mivel az Ai-ből kiinduló élek egyikét sem érintettük azelőtt, ezért a számozási algoritmus szerint ebben a lépésben Ai-nek 2 élére 2 szomszédos számot kell írnunk.

 
 

Ha utazásunkat és a számozást az előírt módon végezzük, akkor teljesül, hogy
‐ az A1-ből kiinduló egyik élre (utazásunk első élére) az 1-et írjuk,
Ai-ből (i=1,2,3,...,n) kiindul 2 olyan él, amelyre szomszédos számokat írunk.
Mivel x és y pozitív egészek relatív prímek egymáshoz, ha x=1 vagy y-x=1, ezért a megoldás elején megfogalmazott követelményünk teljesül, vagyis ‐ a fennmaradó k-l db élt tetszőlegesen megszámozva az l+1,l+2,...,k számokkal ‐ a feladat állítását beláttuk.