与えられたグラフが平面的であるかどうかを判定し、平面的である場合は平面描画を示す。与えられたグラフは、5つの頂点(a, b, c, d, e)といくつかの辺で構成されています。特に、頂点aからすべての他の頂点に辺があり、頂点b, c, d, eも互いに隣接しています。

離散数学グラフ理論平面的グラフクラトフスキーの定理完全グラフ
2025/7/22

1. 問題の内容

与えられたグラフが平面的であるかどうかを判定し、平面的である場合は平面描画を示す。与えられたグラフは、5つの頂点(a, b, c, d, e)といくつかの辺で構成されています。特に、頂点aからすべての他の頂点に辺があり、頂点b, c, d, eも互いに隣接しています。

2. 解き方の手順

グラフが平面的であるかどうかを判定するためには、クラトフスキーの定理を利用することができます。クラトフスキーの定理によれば、グラフが平面的でないための必要十分条件は、そのグラフがK5K_5(5つの頂点を持つ完全グラフ)またはK3,3K_{3,3}(頂点集合をサイズ3の2つのグループに分割し、異なるグループの任意の2つの頂点の間に辺がある二部グラフ)を部分グラフとして含むことです。
与えられたグラフはK5K_5(すべての頂点間に辺が存在する)ではありませんが、K5K_5に非常に近い構造をしています。頂点aは他のすべての頂点と接続されており、b, c, d, eは完全グラフK4K_4を形成しています。しかし、グラフが平面的であるかどうかを判断するために、可能な限り辺を交差させずにグラフを再配置してみましょう。

1. まず、外側の円上に頂点b, c, d, eを順番に配置します。

2. 次に、これらの頂点を円に沿って接続します。

3. 頂点aを円の中央に配置し、各頂点b, c, d, eに接続します。

この配置では、aと他の頂点との間の辺が交差します。しかし、辺の交差を避けるために、頂点を再配置できます。
実際、与えられたグラフはK5K_5、つまり5つの頂点を持つ完全グラフなので、平面的ではありません。これは、平面上に交差なしにK5K_5を描画できないからです。

3. 最終的な答え

平面的ではない。

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