Feladat: F.3126 Korcsoport: 18- Nehézségi fok: nehéz
Megoldó(k):  Bérczi Gergely ,  Braun Gábor ,  Frenkel Péter ,  Gyenes Zoltán ,  Győri Nikolett ,  Gyukics Mihály ,  Hangya Balázs ,  Horváth Gábor ,  Jeszenszky Gyula ,  Kacsuk Zsófia ,  Lippner Gábor ,  Lolbert Tamás ,  Prause István ,  Sánta Zsuzsa ,  Szabó Jácint ,  Szobonya László ,  Terpai Tamás ,  Várkonyi Péter ,  Vörös Zoltán 
Füzet: 1997/január, 28 - 29. oldal  PDF  |  MathML 
Témakör(ök): Irányított gráfok, Teljesgráfok, Hamilton-út, -kör, Konstruktív megoldási módszer, Feladat
Hivatkozás(ok):Feladatok: 1996/május: F.3126

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

Tekintsük a körmérkőzés eredményét leíró irányított teljes gráfot*. A gráf bármely két pontja között pontosan egy irányított él van, amely a győztes versenyzőnek megfelelő pontból a vesztes felé mutat. (Az ilyen gráfok elnevezése ‐ éppen a körmérkőzés miatt ‐ tournament.) A feladat feltétele szerint a gráf nem tartalmaz olyan, úgynevezett Hamilton-kört, amely minden pontot tartalmaz.
Ha a gráf nem tartalmaz kört, akkor egy pontból elindulva, és az éleken lépkedve ‐ mivel egy pontra nem léphetünk kétszer ‐, előbb-utóbb el kell akadnunk; ez olyan pontban lehetséges, amelyből nem vezet ki él. Ez azt jelenti, hogy az adott ponthoz tartozó versenyzőt mindenki legyőzte; az állítás tehát igaz, az összes többi versenyzőt kiválasztva teljesülnek a feltételek.
Tegyük a továbbiakban fel, hogy a gráf tartalmaz kört. Tekintsük az (egyik) leghosszabb kört. Ez biztosan nem tartalmazza az összes csúcsot. Legyen P egy tetszőleges csúcs, amely nem tartozik a körhöz. Színezzük pirosra a kör azon pontjait, amelyekből P felé mutat az él, és kékre a többit, amelyekbe P-ből mutat az él. Ha a körben van piros és kék csúcs is, akkor a kört az élek irányában végigjárva legalább egyszer piros pontból vele szomszédos kék pontra lépünk. Ez azt jelenti, hogy P beiktatható e két pont közé a körbe, tehát mégsem a legnagyobb kört választottuk ki, ami ellentmondás. Ezért a P-t a körrel összekötő élek vagy mind P felé, vagy mind a kör pontjai felé mutatnak.
A körhöz nem tartozó pontok közül színezzük zöldre azokat, amelyekből minden él a kör felé mutat, és sárgára azokat, amelyek felé mutatnak a kör pontjaiból induló élek. Ha P zöld és Q sárga pont, és a köztük levő él P felé mutat, akkor a P, Q pontpár a kör bármelyik két szomszédos pontja közé beilleszthető, ami szintén ellentmondás. Ezért az összes zöld és sárga pontot összekötő él a sárga pont felé mutat.
A zöld pontokból a többi pontba induló élek tehát mind kifelé mutatnak; ha van legalább egy zöld pont, akkor kiválaszthatjuk a zöld pontoknak megfelelő versenyzőket. Ha nincs zöld pont, akkor válasszuk ki a kör pontjait; ezekből a sárga pontokba csak kifelé indul él.

 Frenkel Péter (Fazekas M. Főv. Gyak. Gimn., III. o.)

*A gráfokról olvashatnak pl. Reiman István: A geometria és határterületei vagy Hajnal‐Nemetz‐Pitér‐Urbán: Matematika (B fakt) IV. o. (Tankönyvkiadó, 1982) könyveiben.