Граф, вершина и ребро
Как описывать сеть связей, считать степени и проверять число рёбер.
Чему научимся
Графовая модель позволяет описывать дороги, знакомства и сети одинаковым языком, проверять корректность перечня связей и восстанавливать число рёбер по степеням, не отвлекаясь на расположение точек на листе.
Главная идея. Граф хранит не геометрию рисунка, а объекты и связи: множество вершин V и множество рёбер E. Степень вершины считает концы рёбер, поэтому сумма всех степеней равна удвоенному числу рёбер.
План рассуждения и проверка понимания
- Уточните модель: ориентированный или неориентированный граф, разрешены ли петли и повторные рёбра, что считается вершиной.
- Составьте список рёбер и для каждой вершины посчитайте число концов рёбер; петлю при допустимости учитывайте дважды.
- Сложите степени и сравните сумму с 2|E|; дополнительно проверьте, что число вершин нечётной степени получилось чётным.
Частая ошибка. Принимать место пересечения двух нарисованных линий за новую вершину или считать петлю одним вкладом в степень, не оговорив изменение модели графа.
Как проверить себя. Вершина появляется только при явном обозначении; у обычного ребра два конца, а петля оба конца приносит одной вершине, поэтому рукопожатная формула остаётся согласованной.
Наглядная модель: Граф, вершина и ребро
Как описывать сеть связей, считать степени и проверять число рёбер.
- Граф, вершина и ребро → граф
- Граф, вершина и ребро → вершина
- Граф, вершина и ребро → ребро
- Граф, вершина и ребро → степень
Проверка пониманияОбъясните тему своими словами
Объясните на примере звезды с четырьмя листьями, почему сумма степеней равна восьми, число рёбер равно четырём и форма нарисованных линий не влияет на эти значения.
В хорошем объяснении есть:
- Степень центра и степени листьев посчитаны отдельно и затем сложены.
- Каждое ребро учтено ровно у двух концов, что связывает сумму степеней с 2|E|.
Сеть без лишней геометрии
Граф — модель объектов и связей между ними. Объекты называют вершинами, связи — рёбрами. Запись задаёт множество вершин и множество рёбер. В простом неориентированном графе ребро соединяет две различные вершины, направления нет, а повторных рёбер между одной парой не бывает.
Положение точек на рисунке и изгиб линий обычно не важны. Важно, какие вершины соединены. Пересечение нарисованных рёбер не становится новой вершиной, если она специально не обозначена. Для дорог с односторонним движением требуется ориентированная модель.
Степень вершины
Степень — число концов рёбер, приходящих в вершину. В простом графе это число её соседей. В более общей модели допустимы несколько рёбер между одной парой и петли; петля считается дважды в степени. Сумма степеней равна удвоенному числу рёбер, потому что каждое ребро имеет два конца.
Три примера
- У графа с рёбрами три вершины, три ребра, степень каждой вершины 2. Сумма степеней 6 равна .
- Центр соединён с четырьмя листьями, других рёбер нет. Степень центра 4, остальных — по 1; сумма 8, значит рёбер 4.
- Если степени пяти вершин равны 2, 2, 2, 1, 1, то сумма 8 и рёбер 4. Такая последовательность реализуется цепочкой из пяти вершин.
Проверка и ошибки
Число вершин нечётной степени всегда чётно: чётная сумма не может содержать нечётное количество нечётных слагаемых. Но одной чётности суммы недостаточно для существования простого графа с заданными степенями. Например, в графе из трёх вершин степень 3 невозможна. Сначала выбирайте модель, затем применяйте формулы.
Формула, смысл и ограничения
Главные формулы с расшифровкой
Формула словами: Для конечного неориентированного графа; петля вносит в степень вершины 2.
От простого к сложному
Проверьте себя
Сначала запишите решение самостоятельно. Затем можно открыть намёк, сравнить каждый переход с пошаговым разбором и только после этого посмотреть ответ. Прогресс сохраняется в этом браузере.
Открываем задание…
Открываем задание…
Открываем задание…
Что пригодится
Источники и соглашения
Объяснения и задачи — авторские. Источники помогают проверить определения, условия и школьную привязку. Обозначения и параметризация указаны в статье.
- ФРП «Математика», базовый уровень, 5–9 классы, 2025; карта страниц и проверки — docs/CURRICULUM.md (откроется в новой вкладке)
- ФРП «Математика», углублённый уровень, 10–11 классы, 2025 (откроется в новой вкладке)
- MIT OCW: Mathematics for Computer Science, 2015 — логика, подсчёт и графы (откроется в новой вкладке)