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| author | Juan Marín Noguera <juan.marinn@um.es> | 2020-12-06 14:12:29 +0100 |
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Grafos n2
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For more info see http://www.lyx.org/ +\lyxformat 544 +\begin_document +\begin_header +\save_transient_properties true +\origin unavailable +\textclass book +\use_default_options true +\begin_modules +algorithm2e +\end_modules +\maintain_unincluded_children false +\language spanish +\language_package default +\inputencoding auto +\fontencoding global +\font_roman "default" "default" +\font_sans "default" "default" +\font_typewriter "default" "default" +\font_math "auto" "auto" +\font_default_family default +\use_non_tex_fonts false +\font_sc false +\font_osf false +\font_sf_scale 100 100 +\font_tt_scale 100 100 +\use_microtype false +\use_dash_ligatures true +\graphics default +\default_output_format default +\output_sync 0 +\bibtex_command default +\index_command default +\paperfontsize default +\spacing single +\use_hyperref false +\papersize default +\use_geometry false +\use_package amsmath 1 +\use_package amssymb 1 +\use_package cancel 1 +\use_package esint 1 +\use_package 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+\begin_inset Formula $u$ +\end_inset + + a +\begin_inset Formula $v$ +\end_inset + +. + +\begin_inset Formula $G$ +\end_inset + + es +\series bold +conexo +\series default + si todo par de vértices de +\begin_inset Formula $V$ +\end_inset + + está conectado, y es +\series bold +disconexo +\series default + en otro caso. + Un subconjunto +\begin_inset Formula $V'\subseteq V$ +\end_inset + + es una +\series bold +componente conexa +\series default + de +\begin_inset Formula $G$ +\end_inset + + si es maximal con +\begin_inset Formula $G_{V'}$ +\end_inset + + conexo. +\end_layout + +\begin_layout Standard +La pertenencia a una misma componente conexa es una relación de equivalencia, + por lo que las componentes conexas particionan +\begin_inset Formula $V$ +\end_inset + + y un grafo es conexo si y sólo si tiene una sola componente conexa. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Sean +\begin_inset Formula $G=(V,E)$ +\end_inset + + un grafo conexo de orden +\begin_inset Formula $n$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $u,v\in V$ +\end_inset + +, una +\series bold +geodésica +\series default + entre +\begin_inset Formula $u$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $v$ +\end_inset + + es un paseo entre +\begin_inset Formula $u$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $v$ +\end_inset + + de longitud mínima, llamada +\series bold +distancia +\series default + entre +\begin_inset Formula $u$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $v$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $d(u,v)$ +\end_inset + +. + Este paseo será un camino, pues si no lo fuera contendría un camino de + longitud estrictamente menor. + El +\series bold +diámetro +\series default + de +\begin_inset Formula $G$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $\text{diám}G$ +\end_inset + +, es la máxima distancia entre dos vértices de +\begin_inset Formula $G$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Si +\begin_inset Formula $G$ +\end_inset + + es un grafo conexo de orden +\begin_inset Formula $n$ +\end_inset + + y tamaño +\begin_inset Formula $m$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $m\geq n-1$ +\end_inset + +. + +\series bold +Demostración: +\series default + Sea +\begin_inset Formula $G=:(\{v_{1},\dots,v_{n}\},E)$ +\end_inset + +, para +\begin_inset Formula $i\in\{1,\dots,n-1\}$ +\end_inset + + existe una geodésica +\begin_inset Formula $P_{i}$ +\end_inset + + de +\begin_inset Formula $v_{i}$ +\end_inset + + a +\begin_inset Formula $v_{n}$ +\end_inset + + no trivial que tendrá pues un primer eje +\begin_inset Formula $e_{i}$ +\end_inset + +, y basta ver que los +\begin_inset Formula $e_{i}$ +\end_inset + + son todos distintos. + Pero para +\begin_inset Formula $i\neq j$ +\end_inset + +, si +\begin_inset Formula $P_{i}=e_{i}a_{1}\cdots a_{t}$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $P_{j}=e_{i}b_{1}\cdots b_{s}$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $a_{1}\cdots a_{t}$ +\end_inset + + es un camino de +\begin_inset Formula $v_{j}$ +\end_inset + + a +\begin_inset Formula $v_{i}$ +\end_inset + + y por tanto +\begin_inset Formula $t\geq s+1$ +\end_inset + + (por ser +\begin_inset Formula $P_{j}$ +\end_inset + + una geodésica) y +\begin_inset Formula $t>s$ +\end_inset + +, y análogamente +\begin_inset Formula $s>t\#$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Como +\series bold +teorema +\series default +, un grafo +\begin_inset Formula $G$ +\end_inset + + de orden al menos 3 es conexo si y sólo si contiene dos nodos +\begin_inset Formula $u\neq v$ +\end_inset + + tales que +\begin_inset Formula $G-u$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $G-v$ +\end_inset + + son conexos. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +\begin_inset Argument item:1 +status open + +\begin_layout Plain Layout +\begin_inset Formula $\implies]$ +\end_inset + + +\end_layout + +\end_inset + +Sean +\begin_inset Formula $u,v\in V$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $d(u,v)=\text{diám}G$ +\end_inset + +, y queremos ver que +\begin_inset Formula $G-u$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $G-v$ +\end_inset + + son conexos. + Sea +\begin_inset Formula $P$ +\end_inset + + una geodésica en +\begin_inset Formula $G$ +\end_inset + + entre +\begin_inset Formula $i$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $v$ +\end_inset + +, si +\begin_inset Formula $P$ +\end_inset + + pasara por +\begin_inset Formula $u$ +\end_inset + + sería +\begin_inset Formula $d(i,v)=d(i,u)+d(u,v)>d(u,v)=\text{diám}G\#$ +\end_inset + +, luego +\begin_inset Formula $P$ +\end_inset + + está en +\begin_inset Formula $G-u$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $G-u$ +\end_inset + + es conexo y +\begin_inset Formula $G-v$ +\end_inset + + también lo es por simetría. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +\begin_inset Argument item:1 +status open + +\begin_layout Plain Layout +\begin_inset Formula $\impliedby]$ +\end_inset + + +\end_layout + +\end_inset + +Sean +\begin_inset Formula $i,j\in V$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $i\neq j$ +\end_inset + +, si +\begin_inset Formula $\{i,j\}\neq\{u,v\}$ +\end_inset + + entonces +\begin_inset Formula $i,j\neq u$ +\end_inset + + o +\begin_inset Formula $i,j\neq v$ +\end_inset + +. + Si, por ejemplo, +\begin_inset Formula $i,j\neq u$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $i$ +\end_inset + + conecta con +\begin_inset Formula $j$ +\end_inset + + en +\begin_inset Formula $G-u$ +\end_inset + + y por tanto en +\begin_inset Formula $G$ +\end_inset + +, y si +\begin_inset Formula $i,j\neq v$ +\end_inset + + es análogo. + Si +\begin_inset Formula $\{i,j\}=\{u,v\}$ +\end_inset + +, sea +\begin_inset Formula $k\in V\setminus\{u,v\}$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $i$ +\end_inset + + conecta con +\begin_inset Formula $k$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $k$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $j$ +\end_inset + + y por tanto +\begin_inset Formula $i$ +\end_inset + + conecta con +\begin_inset Formula $j$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Section +Recorrido de componentes conexas +\end_layout + +\begin_layout Standard +Sean +\begin_inset Formula $G:=(V,E)$ +\end_inset + + un grafo de orden +\begin_inset Formula $n$ +\end_inset + + con matriz de adyacencia +\begin_inset Formula $A$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $\overline{A}=\sum_{k=0}^{n-1}A^{k}$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $i,j\in V$ +\end_inset + + están en la misma componente conexa si y sólo si +\begin_inset Formula $\overline{a}_{ij}>0$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +\begin_inset Argument item:1 +status open + +\begin_layout Plain Layout +\begin_inset Formula $\implies]$ +\end_inset + + +\end_layout + +\end_inset + +Como existe un camino de +\begin_inset Formula $i$ +\end_inset + + a +\begin_inset Formula $j$ +\end_inset + +, existe +\begin_inset Formula $p\in\mathbb{N}$ +\end_inset + + tal que +\begin_inset Formula $(A^{p})_{ij}>0$ +\end_inset + +, y podemos tomar +\begin_inset Formula $p\leq n-1$ +\end_inset + + porque la distancia máxima entre dos nodos es +\begin_inset Formula $n-1$ +\end_inset + +, dado que un camino mayor repetiría nodos. + Entonces, como +\begin_inset Formula $(A^{k})_{ij}\geq0$ +\end_inset + + para todo +\begin_inset Formula $k\in\mathbb{N}$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $\overline{a}_{ij}>0$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +\begin_inset Argument item:1 +status open + +\begin_layout Plain Layout +\begin_inset Formula $\impliedby]$ +\end_inset + + +\end_layout + +\end_inset + +Si +\begin_inset Formula $\overline{a}_{ij}>0$ +\end_inset + +, como +\begin_inset Formula $(A^{k})_{ij}\geq0$ +\end_inset + + para todo +\begin_inset Formula $k\in\mathbb{N}$ +\end_inset + +, existe +\begin_inset Formula $p\in\mathbb{N}$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $(A^{p})_{ij}>0$ +\end_inset + + y por tanto un camino de +\begin_inset Formula $i$ +\end_inset + + a +\begin_inset Formula $j$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Standard +La +\series bold +búsqueda en anchura +\series default + ( +\series bold +BFS +\series default +, +\series bold +\emph on +\lang english +breadth-first search +\series default +\emph default +\lang spanish +), ideada 1945 por Konrad Zuse, consistente en visitar un nodo inicial, + a continuación los nodos adyacentes a él, después todos los adyacentes + a estos que no hayan sido ya explorados, etc. +\end_layout + +\begin_layout Standard +La +\series bold +búsqueda en profundidad +\series default + ( +\series bold +DFS +\series default +, +\series bold +\emph on +\lang english +depth-first-search +\series default +\emph default +\lang spanish +) es otro algoritmo para explorar una componente conexa. + En este, explorar un nodo consiste en visitarlo y explorar todos los nodos + adyacentes a este que no hayan sido visitados previamente, de forma recursiva, + y el algoritmo consiste en explorar el nodo inicial. +\end_layout + +\begin_layout Section +Conjuntos separadores +\end_layout + +\begin_layout Standard +Sea +\begin_inset Formula $G=(V,E)$ +\end_inset + + un grafo conexo. + +\begin_inset Formula $V'\subseteq V$ +\end_inset + + es un +\series bold +conjunto separador de vértices +\series default + de +\begin_inset Formula $G$ +\end_inset + + si +\begin_inset Formula $G-V'$ +\end_inset + + es disconexo, y un +\series bold +conjunto +\begin_inset Formula $k$ +\end_inset + +-separador +\series default + si además +\begin_inset Formula $|V'|=k$ +\end_inset + +. + Un +\series bold +vértice de corte +\series default + de +\begin_inset Formula $G$ +\end_inset + + es un +\begin_inset Formula $v\in V$ +\end_inset + + tal que +\begin_inset Formula $\{v\}$ +\end_inset + + es un conjunto separador de vértices de +\begin_inset Formula $G$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +Como +\series bold +teorema +\series default +, +\begin_inset Formula $u\in V$ +\end_inset + + es un vértice de corte de +\begin_inset Formula $G$ +\end_inset + + si y sólo si existen +\begin_inset Formula $v,w\in V\setminus\{u\}$ +\end_inset + + tales que cualquier camino de +\begin_inset Formula $v$ +\end_inset + + a +\begin_inset Formula $w$ +\end_inset + + pasa por +\begin_inset Formula $u$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_deeper +\begin_layout Itemize +\begin_inset Argument item:1 +status open + +\begin_layout Plain Layout +\begin_inset Formula $\implies]$ +\end_inset + + +\end_layout + +\end_inset + +Si para todo +\begin_inset Formula $v,w\in V\setminus\{u\}$ +\end_inset + + existiera un camino de +\begin_inset Formula $v$ +\end_inset + + a +\begin_inset Formula $w$ +\end_inset + + que no pasa por +\begin_inset Formula $u$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $v$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $w$ +\end_inset + + estarían conectados en +\begin_inset Formula $G-u$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $u$ +\end_inset + + no sería vértice de corte. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +\begin_inset Argument item:1 +status open + +\begin_layout Plain Layout +\begin_inset Formula $\impliedby]$ +\end_inset + + +\end_layout + +\end_inset + +En +\begin_inset Formula $G-u$ +\end_inset + + no hay ningún camino de +\begin_inset Formula $v$ +\end_inset + + a +\begin_inset Formula $w$ +\end_inset + +, luego +\begin_inset Formula $G-u$ +\end_inset + + es disconexo y +\begin_inset Formula $u$ +\end_inset + + es un vértice de corte. +\end_layout + +\end_deeper +\begin_layout Enumerate +Como +\series bold +teorema +\series default +, si +\begin_inset Formula $|V|\geq2$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $V$ +\end_inset + + contiene al menos dos vértices que no son de corte. +\end_layout + +\begin_deeper +\begin_layout Standard +Si +\begin_inset Formula $|V|=2$ +\end_inset + + esto es claro, y si +\begin_inset Formula $|V|\geq3$ +\end_inset + +, existen +\begin_inset Formula $u,v\in V$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $u\neq v$ +\end_inset + +, tales que +\begin_inset Formula $G-u$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $G-v$ +\end_inset + + son conexos. +\end_layout + +\end_deeper +\begin_layout Standard +Sea +\begin_inset Formula $G=(V,E)$ +\end_inset + + un grafo conexo, si +\begin_inset Formula $V'\subsetneq V$ +\end_inset + + es no vacío, llamamos +\begin_inset Formula $[V',V\setminus V']$ +\end_inset + + al conjunto de ejes de +\begin_inset Formula $E$ +\end_inset + + incidentes a un vértice de +\begin_inset Formula $V'$ +\end_inset + + y a otro de +\begin_inset Formula $V\setminus V'$ +\end_inset + +. + Un conjunto de ejes de esta forma es un +\series bold +corte +\series default + de +\begin_inset Formula $G$ +\end_inset + +, y un corte de cardinal +\begin_inset Formula $k$ +\end_inset + + es un +\series bold + +\begin_inset Formula $k$ +\end_inset + +-corte +\series default +. + Un +\series bold +eje de corte +\series default + de +\begin_inset Formula $G$ +\end_inset + + es un +\begin_inset Formula $e\in E$ +\end_inset + + tal que +\begin_inset Formula $\{e\}$ +\end_inset + + es un corte de +\begin_inset Formula $G$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Standard +\begin_inset Formula $E'\subseteq E$ +\end_inset + + es un +\series bold +conjunto separador de ejes +\series default + si +\begin_inset Formula $G-E'$ +\end_inset + + es disconexo, y +\begin_inset Formula $e\in E$ +\end_inset + + es un +\series bold +puente +\series default + de +\begin_inset Formula $G$ +\end_inset + + si +\begin_inset Formula $\{e\}$ +\end_inset + + es un conjunto separador de vértices de +\begin_inset Formula $G$ +\end_inset + +. + Propiedades: +\end_layout + +\begin_layout Enumerate +Todo corte es un conjunto separador de ejes. + El recíproco no es cierto. +\end_layout + +\begin_deeper +\begin_layout Standard +Si +\begin_inset Formula $E'=[V_{1},V_{2}]$ +\end_inset + +, todo camino de un +\begin_inset Formula $u\in V_{1}$ +\end_inset + + a un +\begin_inset Formula $v\in V_{2}$ +\end_inset + + contiene un eje que pasa de +\begin_inset Formula $V_{1}$ +\end_inset + + a +\begin_inset Formula $V_{2}$ +\end_inset + +, que estará en +\begin_inset Formula $E'$ +\end_inset + +, luego +\begin_inset Formula $G-E'$ +\end_inset + + es disconexo. + +\end_layout + +\end_deeper +\begin_layout Enumerate +Todo conjunto separador de ejes contiene un corte. + +\end_layout + +\begin_deeper +\begin_layout Standard +Sean +\begin_inset Formula $E'$ +\end_inset + + un conjunto separador de ejes y +\begin_inset Formula $V'\subsetneq V$ +\end_inset + + una componente conexa de +\begin_inset Formula $G-E'$ +\end_inset + +, ningún +\begin_inset Formula $(u,v)\in E\setminus E'$ +\end_inset + + está en +\begin_inset Formula $[V',V\setminus V']$ +\end_inset + + porque de estarlo, si por ejemplo +\begin_inset Formula $u\in V'$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $v\notin V'$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $u$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $v$ +\end_inset + + estarían en la misma componente conexa y +\begin_inset Formula $V'$ +\end_inset + + no sería maximal, luego +\begin_inset Formula $E\setminus E'\subseteq E\setminus[V',V\setminus V']$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $[V',V\setminus V']\subseteq E'$ +\end_inset + +. + +\end_layout + +\end_deeper +\begin_layout Enumerate +Un eje es un puente si y sólo si es un eje de corte. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Sea +\begin_inset Formula $G=(V,E)$ +\end_inset + + un grafo conexo. + Un corte +\begin_inset Formula $X$ +\end_inset + + de +\begin_inset Formula $G$ +\end_inset + + es +\series bold +minimal +\series default + si no existe un corte +\begin_inset Formula $Y\subsetneq X$ +\end_inset + + de +\begin_inset Formula $G$ +\end_inset + +. + Un +\series bold +corte mínimo +\series default + de +\begin_inset Formula $G$ +\end_inset + + es un corte de cardinal mínimo entre los cortes de +\begin_inset Formula $G$ +\end_inset + +. + Si +\begin_inset Formula $X$ +\end_inset + + es un corte minimal de +\begin_inset Formula $G$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $G-X$ +\end_inset + + tiene exactamente dos componentes conexas. + +\series bold +Demostración: +\series default + Si +\begin_inset Formula $X=:[V',V\setminus V']$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $G-X$ +\end_inset + + tiene +\begin_inset Formula $h\geq3$ +\end_inset + + componentes conexas +\begin_inset Formula $V_{1},\dots,V_{h}$ +\end_inset + +, al menos +\begin_inset Formula $G_{V'}$ +\end_inset + + o +\begin_inset Formula $G_{V\setminus V'}$ +\end_inset + + tiene más de una componente conexa. + Si, por ejemplo, +\begin_inset Formula $V'=V_{1}\cup\dots\cup V_{t}$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $t\in\{2,\dots,h-1\}$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $Y:=[V_{1},V\setminus V_{1}]$ +\end_inset + + es un corte contenido estrictamente en +\begin_inset Formula $X$ +\end_inset + +, pues todo eje de +\begin_inset Formula $Y$ +\end_inset + + irá de +\begin_inset Formula $V_{1}\subseteq V'$ +\end_inset + + a +\begin_inset Formula $V\setminus V'$ +\end_inset + + y, sin embargo, existen +\begin_inset Formula $u\in V_{2}$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $v\in V\setminus V'$ +\end_inset + + con +\begin_inset Formula $(u,v)\in E$ +\end_inset + +, de modo que +\begin_inset Formula $(u,v)\in X\setminus Y$ +\end_inset + +, pues de lo contrario, como +\begin_inset Formula $V_{2}$ +\end_inset + + no conecta con +\begin_inset Formula $V_{1},V_{3},V_{4},\dots,V_{t}$ +\end_inset + + ni con +\begin_inset Formula $V'$ +\end_inset + +, sería una componente conexa de +\begin_inset Formula $G$ +\end_inset + +, pero +\begin_inset Formula $G$ +\end_inset + + es conexo. +\begin_inset Formula $\#$ +\end_inset + + +\end_layout + +\begin_layout Standard +Si +\begin_inset Formula $G=(V,E)$ +\end_inset + + un grafo conexo, +\begin_inset Formula $e\in E$ +\end_inset + + es un puente de +\begin_inset Formula $G$ +\end_inset + + si y sólo si existen +\begin_inset Formula $u,v\in V$ +\end_inset + + tales que todo camino de +\begin_inset Formula $u$ +\end_inset + + a +\begin_inset Formula $v$ +\end_inset + + en +\begin_inset Formula $G$ +\end_inset + + pasa por +\begin_inset Formula $e$ +\end_inset + +, si y sólo si +\begin_inset Formula $e$ +\end_inset + + no pertenece a ningún ciclo de +\begin_inset Formula $G$ +\end_inset + +. + En particular, en un grafo conexo sin ciclos, cada eje es un puente. +\end_layout + +\begin_layout Description +\begin_inset Formula $1\implies2]$ +\end_inset + + Sean +\begin_inset Formula $[V_{1},V_{2}]:=\{e\}$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $u\in V_{1}$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $v\in V_{2}$ +\end_inset + +, todo camino de +\begin_inset Formula $u$ +\end_inset + + a +\begin_inset Formula $v$ +\end_inset + + debe pasar por un eje que conecte +\begin_inset Formula $V_{1}$ +\end_inset + + a +\begin_inset Formula $V_{2}$ +\end_inset + +, que será +\begin_inset Formula $e$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Description +\begin_inset Formula $2\implies3]$ +\end_inset + + Sea +\begin_inset Formula $e=:(u,v)$ +\end_inset + +, si hubiera un ciclo que contiene a +\begin_inset Formula $e$ +\end_inset + +, que podemos suponer de la forma +\begin_inset Formula $e_{1}\cdots e_{s}e$ +\end_inset + + siendo +\begin_inset Formula $e_{1}\cdots e_{s}$ +\end_inset + + un camino de +\begin_inset Formula $u$ +\end_inset + + a +\begin_inset Formula $v$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $e_{1},\dots,e_{s}\neq e$ +\end_inset + +, pero entonces todo par de vértices se podría conectar por un paseo que + no pase por +\begin_inset Formula $e$ +\end_inset + + tomando un paseo arbitrario que los una y cambiando +\begin_inset Formula $e$ +\end_inset + + por +\begin_inset Formula $e_{1}\cdots e_{s}$ +\end_inset + + o por +\begin_inset Formula $e_{s}\cdots e_{1}\#$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Description +\begin_inset Formula $3\implies1]$ +\end_inset + + Sea +\begin_inset Formula $e=:(u,v)$ +\end_inset + +, si +\begin_inset Formula $G-e$ +\end_inset + + fuera conexo, existiría un camino +\begin_inset Formula $P$ +\end_inset + + de +\begin_inset Formula $u$ +\end_inset + + a +\begin_inset Formula $v$ +\end_inset + + en +\begin_inset Formula $G-e$ +\end_inset + + y por tanto +\begin_inset Formula $Pe$ +\end_inset + + sería un ciclo que contiene a +\begin_inset Formula $e$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Section +Conectividad en grafos +\end_layout + +\begin_layout Standard +Sea +\begin_inset Formula $G$ +\end_inset + + un grafo no vacío, la +\series bold +conectividad +\series default + de +\begin_inset Formula $G$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $\kappa(G)$ +\end_inset + +, es el mínimo número de nodos que hay que quitar de +\begin_inset Formula $G$ +\end_inset + + para que sea disconexo o trivial (de orden 1). + Así, si +\begin_inset Formula $G$ +\end_inset + + es disconexo o trivial, +\begin_inset Formula $\kappa(G)=0$ +\end_inset + +, y si es completo de orden +\begin_inset Formula $n$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $\kappa(G)=n-1$ +\end_inset + +. + +\begin_inset Formula $G$ +\end_inset + + es +\series bold + +\begin_inset Formula $k$ +\end_inset + +-conexo +\series default + si +\begin_inset Formula $\kappa(G)\geq k$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Standard +La +\series bold +conectividad por ejes +\series default + de +\begin_inset Formula $G$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $\lambda(G)$ +\end_inset + +, es el menor número de ejes que hay que eliminar de +\begin_inset Formula $G$ +\end_inset + + para que sea disconexo o trivial, de modo que +\begin_inset Formula $G$ +\end_inset + + si es disconexo o trivial es +\begin_inset Formula $\lambda(G)=0$ +\end_inset + + y si es conexo y tiene un puente es +\begin_inset Formula $\lambda(G)=1$ +\end_inset + +. + +\begin_inset Formula $G$ +\end_inset + + es +\series bold + +\begin_inset Formula $k$ +\end_inset + +-conexo por ejes +\series default + si +\begin_inset Formula $\lambda(G)\geq k$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Como +\series bold +teorema +\series default +, si +\begin_inset Formula $G$ +\end_inset + + es un grafo no vacío, +\begin_inset Formula $\kappa(G)\leq\lambda(G)\leq\delta(G)$ +\end_inset + +. + +\series bold +Demostración: +\series default + Si +\begin_inset Formula $v$ +\end_inset + + es un nodo con +\begin_inset Formula $o(v)=\delta(G)$ +\end_inset + +, quitando los +\begin_inset Formula $o(v)$ +\end_inset + + ejes adyacentes a +\begin_inset Formula $v$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $G$ +\end_inset + + queda disconexo, luego +\begin_inset Formula $\lambda(G)\leq\delta(G)$ +\end_inset + +. + Si +\begin_inset Formula $G$ +\end_inset + + es disconexo o trivial, +\begin_inset Formula $\kappa(G)=\lambda(G)=0$ +\end_inset + +. + En otro caso, sean +\begin_inset Formula $n$ +\end_inset + + el orden de +\begin_inset Formula $G$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $X$ +\end_inset + + un corte mínimo de +\begin_inset Formula $G$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $V_{1}$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $V_{2}$ +\end_inset + + las dos componentes conexas de +\begin_inset Formula $G-X$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $q:=|V_{1}|$ +\end_inset + +. + Si en +\begin_inset Formula $G$ +\end_inset + + todo vértice de +\begin_inset Formula $V_{1}$ +\end_inset + + es adyacente a todo vértice de +\begin_inset Formula $V_{2}$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $|X|=q(n-q)$ +\end_inset + +, luego +\begin_inset Formula +\[ +|X|-(n-1)=qn-q^{2}-n+1=n(q-1)-(q+1)(q-1)=(q-1)(n-q-1)\geq0, +\] + +\end_inset + +pues +\begin_inset Formula $1\leq q\leq n-1$ +\end_inset + +, luego +\begin_inset Formula $|X|\geq n-1$ +\end_inset + + y, como +\begin_inset Formula $|X|$ +\end_inset + + es mínimo, +\begin_inset Formula $\lambda(G)\geq n-1$ +\end_inset + +, pero quitando +\begin_inset Formula $n-1$ +\end_inset + + vértices queda un grafo trivial y por tanto +\begin_inset Formula $\kappa(G)\leq n-1$ +\end_inset + +, luego +\begin_inset Formula $\kappa(G)\leq\lambda(G)$ +\end_inset + +. + De lo contrario existen +\begin_inset Formula $u\in V_{1}$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $v\in V_{2}$ +\end_inset + + no adyacentes, y llamando +\begin_inset Formula $V'$ +\end_inset + + a un conjunto de nodos resultante de elegir para cada +\begin_inset Formula $e\in X$ +\end_inset + + uno de los nodos adyacentes a +\begin_inset Formula $e$ +\end_inset + + distinto de +\begin_inset Formula $u$ +\end_inset + + y de +\begin_inset Formula $v$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $|V'|\leq|X|=\lambda(G)$ +\end_inset + + y, en +\begin_inset Formula $G-V'$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $u$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $v$ +\end_inset + + no están conectados, pues todo camino de +\begin_inset Formula $u$ +\end_inset + + a +\begin_inset Formula $v$ +\end_inset + + en +\begin_inset Formula $G$ +\end_inset + + hay un eje que va de +\begin_inset Formula $V_{1}$ +\end_inset + + a +\begin_inset Formula $V_{2}$ +\end_inset + +, el cual hemos quitado al eliminar uno de los nodos adyacentes, por lo + que +\begin_inset Formula $\kappa(G)\leq|V'|\leq\lambda(G)$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Section +Teorema de Menger +\end_layout + +\begin_layout Standard +Sean +\begin_inset Formula $G=(V,E)$ +\end_inset + + un grafo conexo y +\begin_inset Formula $u,v\in V$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $S\subseteq V$ +\end_inset + + +\series bold +separa +\series default + a +\begin_inset Formula $u$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $v$ +\end_inset + + si +\begin_inset Formula $G-S$ +\end_inset + + es disconexo y +\begin_inset Formula $u$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $v$ +\end_inset + + pertenecen a distintas componentes conexas. + Los caminos +\begin_inset Formula $P_{1},\dots,P_{h}$ +\end_inset + + de +\begin_inset Formula $u$ +\end_inset + + a +\begin_inset Formula $v$ +\end_inset + + son +\series bold +internamente disjuntos +\series default + si, para +\begin_inset Formula $i\neq j$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $P_{i}$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $P_{h}$ +\end_inset + + tienen a +\begin_inset Formula $u$ +\end_inset + + y a +\begin_inset Formula $v$ +\end_inset + + como únicos vértices en común. +\end_layout + +\begin_layout Standard + +\series bold +Teorema de Menger: +\series default + si +\begin_inset Formula $u$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $v$ +\end_inset + + no son adyacentes, el cardinal de un conjunto de menor tamaño que separa + +\begin_inset Formula $u$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $v$ +\end_inset + + coincide con el máximo número de caminos entre +\begin_inset Formula $u$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $v$ +\end_inset + + internamente disjuntos. +\end_layout + +\begin_layout Standard + +\series bold +Teorema de Whitney: +\series default + +\begin_inset Formula $G$ +\end_inset + + es +\begin_inset Formula $k$ +\end_inset + +-conexo si y sólo si para +\begin_inset Formula $u,v\in V$ +\end_inset + + distintos hay al menos +\begin_inset Formula $k$ +\end_inset + + caminos internamente disjuntos entre +\begin_inset Formula $u$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $v$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +\begin_inset Argument item:1 +status open + +\begin_layout Plain Layout +\begin_inset Formula $\implies]$ +\end_inset + + +\end_layout + +\end_inset + +Si +\begin_inset Formula $G\cong K_{n}$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $\kappa(G)=n-1$ +\end_inset + + y estos +\begin_inset Formula $n-1$ +\end_inset + + caminos son +\begin_inset Formula $uv$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $uiv$ +\end_inset + + para +\begin_inset Formula $i\neq u,v$ +\end_inset + +. + En otro caso +\begin_inset Formula $G$ +\end_inset + + no es completo. + Si +\begin_inset Formula $u$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $v$ +\end_inset + + no son adyacentes, sea +\begin_inset Formula $U$ +\end_inset + + el conjunto de menor tamaño que separa +\begin_inset Formula $u$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $v$ +\end_inset + +, como +\begin_inset Formula $G-U$ +\end_inset + + es disconexo, +\begin_inset Formula $|U|\geq k$ +\end_inset + +, y por el teorema de Menger hay +\begin_inset Formula $k$ +\end_inset + + caminos internamente disjuntos entre +\begin_inset Formula $u$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $v$ +\end_inset + +. + Si +\begin_inset Formula $e:=(u,v)\in E$ +\end_inset + +, como +\begin_inset Formula $G$ +\end_inset + + es +\begin_inset Formula $k$ +\end_inset + +-conexo, +\begin_inset Formula $G-e$ +\end_inset + + es +\begin_inset Formula $k-1$ +\end_inset + + conexo, luego existen al menos +\begin_inset Formula $k-1$ +\end_inset + + caminos internamente disjuntos entre +\begin_inset Formula $u$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $v$ +\end_inset + + en +\begin_inset Formula $G-e$ +\end_inset + + y, por tanto, existen +\begin_inset Formula $k$ +\end_inset + + caminos internamente disjuntos entre +\begin_inset Formula $u$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $v$ +\end_inset + + en +\begin_inset Formula $G$ +\end_inset + + añadiendo el camino +\begin_inset Formula $uv$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +\begin_inset Argument item:1 +status open + +\begin_layout Plain Layout +\begin_inset Formula $\impliedby]$ +\end_inset + + +\end_layout + +\end_inset + +Sean +\begin_inset Formula $S$ +\end_inset + + un conjunto separador de vértices de tamaño mínimo y +\begin_inset Formula $u$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $v$ +\end_inset + + en distintas componentes conexas de +\begin_inset Formula $G-S$ +\end_inset + +, como hay al menos +\begin_inset Formula $k$ +\end_inset + + caminos internamente disjuntos entre +\begin_inset Formula $u$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $v$ +\end_inset + +, por el teorema de Menger +\begin_inset Formula $|S|\geq k$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Section +Teorema de Menger para ejes +\end_layout + +\begin_layout Standard +Dado un grafo +\begin_inset Formula $G=(V,E)$ +\end_inset + +, el +\series bold +grafo en línea +\series default + de +\begin_inset Formula $G$ +\end_inset + + es +\begin_inset Formula $L(G):=(V^{L},E^{L})$ +\end_inset + + dado por +\begin_inset Formula $V^{L}:=E$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $E^{L}:=\{(e,f):e\neq f,e\cap f\neq\emptyset\}$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Standard + +\series bold +Teorema de Menger para ejes: +\series default + Sean +\begin_inset Formula $G=(V,E)$ +\end_inset + + un grafo conexo y +\begin_inset Formula $u,v\in V$ +\end_inset + +, el cardinal mínimo de un conjunto separador de ejes que separa +\begin_inset Formula $u$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $v$ +\end_inset + + es el máximo número de caminos de +\begin_inset Formula $u$ +\end_inset + + a +\begin_inset Formula $v$ +\end_inset + + en +\begin_inset Formula $G$ +\end_inset + + sin ejes comunes. +\end_layout + +\begin_layout Standard + +\series bold +Demostración: +\series default + Sean +\begin_inset Formula $x,y\notin{\cal P}(V)$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $G':=(V',E')$ +\end_inset + + dado por +\begin_inset Formula $V':=V^{L}\dot{\cup}\{x,y\}$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $E':=E^{L}\cup\{((i,u),x)\}_{(i,u)\in E}\cup\{((j,v),y)\}_{(j,v)\in E}$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Dado un camino +\begin_inset Formula $P$ +\end_inset + + de +\begin_inset Formula $x$ +\end_inset + + a +\begin_inset Formula $y$ +\end_inset + +, seleccionamos vértices de la siguiente manera: empezamos considerando + el vértice +\begin_inset Formula $u\in V$ +\end_inset + + y elegimos el último vértice de +\begin_inset Formula $P$ +\end_inset + + en +\begin_inset Formula $V'$ +\end_inset + + que contenga a +\begin_inset Formula $u$ +\end_inset + +, digamos +\begin_inset Formula $(u,i)$ +\end_inset + +; entonces consideramos el vértice +\begin_inset Formula $i\in V$ +\end_inset + + y elegimos el último vértice del camino posterior a +\begin_inset Formula $(u,i)$ +\end_inset + + que contenga a +\begin_inset Formula $i$ +\end_inset + +, y así sucesivamente. + Como el resultado contendrá al último eje interno del camino, claramente + será la lista de ejes de un paseo de +\begin_inset Formula $u$ +\end_inset + + a +\begin_inset Formula $v$ +\end_inset + + en +\begin_inset Formula $G$ +\end_inset + +, por lo que si hay un camino de +\begin_inset Formula $x$ +\end_inset + + a +\begin_inset Formula $y$ +\end_inset + + en +\begin_inset Formula $G'$ +\end_inset + + hay uno de +\begin_inset Formula $u$ +\end_inset + + a +\begin_inset Formula $v$ +\end_inset + + en +\begin_inset Formula $G$ +\end_inset + + y todo conjunto de ejes en +\begin_inset Formula $G$ +\end_inset + + que separa +\begin_inset Formula $u$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $v$ +\end_inset + + es un conjunto de vértices en +\begin_inset Formula $G'$ +\end_inset + + que separa +\begin_inset Formula $x$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $y$ +\end_inset + +. + +\end_layout + +\begin_layout Standard +Recíprocamente, dado un camino de +\begin_inset Formula $u$ +\end_inset + + a +\begin_inset Formula $v$ +\end_inset + + en +\begin_inset Formula $G$ +\end_inset + + con lista de ejes +\begin_inset Formula $e_{1}\cdots e_{k}$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $xe_{1}\cdots e_{k}y$ +\end_inset + + es un paseo de +\begin_inset Formula $x$ +\end_inset + + a +\begin_inset Formula $y$ +\end_inset + +, por lo que todo conjunto de vértices en +\begin_inset Formula $G'$ +\end_inset + + que separa +\begin_inset Formula $x$ +\end_inset + + e +\begin_inset Formula $y$ +\end_inset + + es un conjunto de ejes en +\begin_inset Formula $G$ +\end_inset + + que separa +\begin_inset Formula $u$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $v$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Sea ahora +\begin_inset Formula $X$ +\end_inset + + un conjunto de ejes de menor tamaño que separa +\begin_inset Formula $u$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $v$ +\end_inset + + en +\begin_inset Formula $G$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $X$ +\end_inset + + es un conjunto de vértices de menor tamaño que separa +\begin_inset Formula $x$ +\end_inset + + e +\begin_inset Formula $y$ +\end_inset + +, y por el teorema de Menger +\begin_inset Formula $|X|$ +\end_inset + + es el máximo número de caminos internamente disjuntos entre +\begin_inset Formula $x$ +\end_inset + + e +\begin_inset Formula $y$ +\end_inset + + en +\begin_inset Formula $G'$ +\end_inset + +. + Sea entonces +\begin_inset Formula $P$ +\end_inset + + un conjunto de +\begin_inset Formula $|X|$ +\end_inset + + caminos internamente disjuntos entre +\begin_inset Formula $x$ +\end_inset + + e +\begin_inset Formula $y$ +\end_inset + +, reemplazando cada uno por un subcamino cuya lista de vértices es la lista + de ejes de un paseo de +\begin_inset Formula $u$ +\end_inset + + a +\begin_inset Formula $v$ +\end_inset + +, que sabemos que existe, nos queda un conjunto de +\begin_inset Formula $|X|$ +\end_inset + + caminos internamente disjuntos, por lo que hay +\begin_inset Formula $|X|$ +\end_inset + + paseos sin ejes comunes y por tanto +\begin_inset Formula $|X|$ +\end_inset + + caminos sin ejes comunes. +\end_layout + +\begin_layout Standard + +\series bold +Teorema de Whitney para ejes: +\series default + +\begin_inset Formula $G=(V,E)$ +\end_inset + + es +\begin_inset Formula $k$ +\end_inset + +-conexo por ejes si y sólo si para +\begin_inset Formula $u,v\in V$ +\end_inset + + distintos existen al menos +\begin_inset Formula $k$ +\end_inset + + caminos en +\begin_inset Formula $G$ +\end_inset + + entre +\begin_inset Formula $u$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $v$ +\end_inset + + sin ejes comunes. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +\begin_inset Argument item:1 +status open + +\begin_layout Plain Layout +\begin_inset Formula $\implies]$ +\end_inset + + +\end_layout + +\end_inset + +Si +\begin_inset Formula $G\cong K_{n}$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $\lambda(G)=n-1$ +\end_inset + + y estos +\begin_inset Formula $n-1$ +\end_inset + + caminos son +\begin_inset Formula $uv$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $uiv$ +\end_inset + + para +\begin_inset Formula $i\neq u,v$ +\end_inset + +. + En otro caso +\begin_inset Formula $G$ +\end_inset + + no es completo. + Si +\begin_inset Formula $u$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $v$ +\end_inset + + no son adyacentes, sea +\begin_inset Formula $S$ +\end_inset + + el conjunto de ejes de menor tamaño que separa +\begin_inset Formula $u$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $v$ +\end_inset + +, como +\begin_inset Formula $G-S$ +\end_inset + + es disconexo, +\begin_inset Formula $|S|\geq k$ +\end_inset + +, y por el teorema de Menger para ejes hay +\begin_inset Formula $k$ +\end_inset + + caminos sin ejes comunes entre +\begin_inset Formula $u$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $v$ +\end_inset + +. + Si +\begin_inset Formula $e:=(u,v)\in E$ +\end_inset + +, como +\begin_inset Formula $G$ +\end_inset + + es +\begin_inset Formula $k$ +\end_inset + +-conexo por ejes, +\begin_inset Formula $G-e$ +\end_inset + + es +\begin_inset Formula $k-1$ +\end_inset + + conexo por ejes, luego existen al menos +\begin_inset Formula $k-1$ +\end_inset + + caminos sin ejes comunes entre +\begin_inset Formula $u$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $v$ +\end_inset + + en +\begin_inset Formula $G-e$ +\end_inset + + y basta añadir el camino +\begin_inset Formula $uv$ +\end_inset + + en +\begin_inset Formula $G$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +\begin_inset Argument item:1 +status open + +\begin_layout Plain Layout +\begin_inset Formula $\impliedby]$ +\end_inset + + +\end_layout + +\end_inset + +Sean +\begin_inset Formula $S$ +\end_inset + + un conjunto separador de ejes de tamaño mínimo y +\begin_inset Formula $u$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $v$ +\end_inset + + en distintas componentes conexas de +\begin_inset Formula $G-S$ +\end_inset + +, como hay al menos +\begin_inset Formula $k$ +\end_inset + + caminos internamente disjuntos entre +\begin_inset Formula $u$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $v$ +\end_inset + +, por el teorema de Menger para ejes +\begin_inset Formula $|S|\geq k$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\end_body +\end_document |
