グラフ理論の問題
正二十面体の頂点と辺を、そのまま頂点と辺とする単純無向グラフ (正二十面体グラフ)を考える。 の頂点は 個である。正二十面体の各頂点には 本の辺が集まっているので、 のどの頂点の次数も である。握手補題を用いて、 の辺の数を求めよ。
この問題で使うもの
- グラフの次数と握手補題(説明と入口の問題)
この問題を解けるようになるまで(6 技能)
読み込み中…
右端(太枠)がこの問題で使う技能です。左へドラッグすると、さらに前の前提をさかのぼれます。技能を押すと、そこまでの道筋が光ります。
ヒント
行き詰まったら、上から順に 1 つずつ開いてください。
ヒント 1
技能「グラフの次数と握手補題」を使います。辺を直接数えなくても、頂点の次数の和から辺の数がわかります。
ヒント 2
握手補題 を使います。各辺は両端の 頂点で 回ずつ数えられます。
ヒント 3
すべての頂点の次数の和は です。これが辺の数の何倍にあたるかを考えましょう。
答えと解説
答えを見る
どこでつまずきましたか?(選ぶと、戻る場所を案内します)
解説を読む
握手補題:グラフ では、すべての頂点の次数の和は辺の数の 倍に等しい。
各辺は両端の つの頂点の次数にそれぞれ ずつ数えられるので、この等式が成り立つ。
手順 1:次数の和を求める。 の頂点は 個あり、どの頂点の次数も であるから、
手順 2:握手補題から辺の数を求める。 より、
確認として、正二十面体の辺の数は であることが知られており、結果と一致する。
よって、 の辺の数は である。
別解
握手補題より、全頂点の次数の和は辺の数の 2 倍に等しい。頂点は 12 個で各次数は 5 なので、次数の和は 。よって辺の数を とすると より 。
検算:正二十面体は面が 20 個の正三角形で、各辺は 2 つの面に共有されるから辺の数は 。オイラーの多面体定理 も成り立つ。