王維凡, 楊燦權(quán)

(浙江師范大學(xué) 數(shù)理與信息工程學(xué)院,浙江 金華 321004)

0 引 言

本文中所考慮的圖都是有限簡單圖.設(shè)V(G),E(G),Δ(G)分別表示圖G的頂點集、邊集和最大度,將Δ(G)簡記為Δ.圖的染色理論是圖論研究的一個重要內(nèi)容.圖的染色就是對頂點、邊等圖的元素進(jìn)行分類,使得它們滿足某些特定性質(zhì).不同的性質(zhì)和要求就導(dǎo)出不同的染色方式.圖論染色理論中最經(jīng)典的染色就是正常點染色和正常邊染色.本文主要研究圖的邊染色.

圖G的一個正常k-邊染色是指一個映射φ:E(G)→{1,2,…,k},使得相鄰的邊染不同的顏色.圖G的邊色數(shù)χ′(G)定義為最小的正整數(shù)k,使得G有一個正常k-邊染色.

任意一個最大度為Δ的圖G,由于相鄰的邊需要染不同的顏色,自然可以得到χ′(G)≥Δ.1964年,Vizing[1]證明了下面的一個圖論中最重要的結(jié)果之一：

定理1[1]對于任意簡單圖G,Δ≤χ′(G)≤Δ+1.

若χ′(G)=Δ,則稱G是第一類的,否則稱G是第二類的.對一般圖而言,盡管只有2個選擇,但要確定是否屬于第一類是NP-完全的[2],于是,學(xué)者們開始尋找使圖G是第一類或第二類圖的充分條件.

給定一個最大度為Δ的圖G,設(shè)GΔ表示由G的所有最大度點導(dǎo)出的子圖.基于這個特殊的子圖,Fournier[3]給出了下面十分有意義的結(jié)果：

定理2[3]對簡單圖G,若GΔ是一個森林,則G是第一類的.

對于平面圖G,Vizing[4]證明了:當(dāng)Δ≥8時,G是第一類圖;而當(dāng)2≤Δ≤5時,存在第二類的簡單平面圖G.文獻(xiàn)[4]中提出猜想:當(dāng)6≤Δ≤7時,簡單平面圖G是第一類的.Sanders等[5]和張利民[6]分別獨立證明了當(dāng)Δ=7時Vizing猜想成立.但當(dāng)Δ=6時,該猜想至今懸而未決.很多學(xué)者給出了部分結(jié)果,如考慮不含特殊長度的圈且最大度為6的平面圖[7-11].更多關(guān)于平面圖邊染色的結(jié)果可以參考文獻(xiàn) [12].

為了研究圖的團數(shù)與色數(shù)之間的關(guān)系,Mycielski[13]構(gòu)造了一類圖,稱之為Mycielski圖,使得它不含三角形但色數(shù)可以任意大,從而否定了圖的色數(shù)會被其團數(shù)界定的一個猜想.文獻(xiàn)[14-15]提出了廣義Mycielski圖的概念,并且研究了它的圓環(huán)色數(shù)、圓環(huán)團數(shù)、全控制數(shù)等若干性質(zhì)和參數(shù).Tardif[16]也研究了廣義Mycielski圖的分?jǐn)?shù)染色,給出了一個很漂亮的結(jié)果.

V(μm(G))=V0∪V1∪…∪Vm∪{w};

圖1 廣義Mycielski圖μm(G)的示意圖

Kwon等[17]證明了：若G是一個不同于K2的連通圖,則μ1(G)是第一類圖.本文將這個結(jié)果推廣到廣義Mycielski圖μm(G),其中m≥2.

1 主要結(jié)果

Galvin[18]證明了下面結(jié)果:

在定理4的證明之前,需要引入一個重要的引理.

引理1[17]對于整數(shù)n≥3,若圖G(X∪Y;E)是一個二部圖,且滿足:

1)|X|=|Y|=n+1;

2)N(X)=Y;

則G含有一個完美匹配.

定理4 設(shè)G(≠K2)是一個n-階簡單連通圖且m≥2是整數(shù),則χ′(μm(G))=Δ(μm(G)).

|L(e)|≥|C|-1=Δ+1-1=Δ=Δ(G12).

重復(fù)以上步驟,并依照奇偶性逐層進(jìn)行染色,直到μm(G)-w的所有邊被正常染色.此外,對第Vk層的頂點標(biāo)號要求有特殊性質(zhì).其中:若m是偶數(shù),則k=m;若m是奇數(shù),則k=m-1.對1≤i≤Δ+1,設(shè)Si表示Vk中標(biāo)顏色ci∈C的頂點集合,且令si=|Si|.于是,類似于文獻(xiàn)[17]中引理3.3 的證明,可以要求Vk的標(biāo)號滿足下列附加條件:

(*)對任意2個顏色ci,cj∈C,有|si-sj|≤2.

令s=max{si|i=1,2,…,Δ+1}.由n≤2Δ,n=s1+s2+…+sΔ+1和條件(*),易推出s≤3.

分以下2種情形證明:

1)m是偶數(shù).若對所有i=1,2,…,Δ+1滿足si≥1,則選擇Si中的某個頂點xi,用顏色b(xi)給邊wxi染色.注意到b(xi)∈C,于是與w關(guān)聯(lián)的Δ+1條邊被正常染色.剩下的n-(Δ+1)≤2Δ-(Δ+1)=Δ-1條邊分別染顏色Δ+2,Δ+3,…,2Δ.進(jìn)而得到G的一個正常的2Δ-邊染色.否則假設(shè)存在某些i∈{1,2,…,Δ+1},使得si=0.由條件(*)推出s≤2.對1≤j≤2,定義

Tj={Si: |Si|=j,1≤i≤Δ+1}.

若|T1|+|T2|=Δ+1,則對每一個Si∈T1∪T2,選擇Si中的某個頂點xi,用顏色b(xi)給邊wxi染色,與w關(guān)聯(lián)的其余n-Δ-1條邊分別用Δ+2,Δ+3,…,2Δ染色,從而得到G的一個正常的2Δ-邊染色.

下面將通過改染來完成對與w關(guān)聯(lián)的邊染色.主要分2個步驟:

若Δ=3,則n≤2Δ=6.除了|X1|=3外,其余|Xi|均小于3,而|Z∩X1|≤2,故Δ-|Z∩Xi|≥1,其中1≤i≤4.若Δ≥4,因為|Z∩Xi|≤|Xi|≤si≤3,所以對于所有1≤i≤Δ+1,都有Δ- |Z∩Xi|≥1.因而無論哪種情況,對1≤i≤Δ+1,都有Δ-|Z∩Xi|≥1.故對任意顏色ci∈C,都有

d(ci)≥Δ+1-(|Z∩Xi|+1)≥Δ-|Z∩Xi|≥1.

其中括號里的1表示步驟1中換色可能增加的ci-邊,而增加的ci-邊最多只有一條.這就滿足了引理1的條件2),即N(Z)=C.

2 結(jié) 語

本文證明了:若G是一個不同于K2的連通圖,則廣義Mycielski圖μm(G)(m≥2)是第一類的,即χ′(μm(G))=Δ(μm(G))=max{2Δ(G),|V(G)|}.這個結(jié)果推廣了文獻(xiàn)[17]中m=1時的結(jié)論.特別地,當(dāng)m=0時,若Δ(G)≤n-2,則μ0(G)是第一類的;若Δ(G)=n-1,且n是一個奇數(shù),則μ0(G)也是屬于第一類的;但是,若Δ(G)=n-1,且n是一個偶數(shù),問題就變得不那么簡單,因為奇階完全圖是屬于第二類的.此外,容易看到,當(dāng)G是K2時,μm(G)是一個奇圈,因此是第二類的.

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