Нужно изготовить каркасную модель пятиугольной пирамиды заданного размера с построенным сечением (см. рисунок), затратив наименьшее возможное количество проволоки. Проволоку можно гнуть под любым углом и сваривать в точках соединения. Какое наименьшее количество кусков проволоки нужно, чтобы изготовить модель, показанную на рисунке?
Показать решение
Для решения этой задачи используем теорию графов и теорему Эйлера о путях.
Анализ графа:
Каркасную модель можно представить как граф, где:
- Вершины — точки соединения проволоки
- Рёбра — отрезки проволоки
Согласно теории графов:
1) Граф имеет эйлеров цикл (можно обойти все рёбра одним непрерывным путём и вернуться в исходную точку), если все вершины имеют чётную степень
2) Граф имеет эйлеров путь (можно обойти все рёбра одним непрерывным путём), если 0 или 2 вершины имеют нечётную степень
3) Если вершин с нечётной степенью больше двух, то минимальное количество отдельных путей (кусков проволоки) равно половине количества вершин нечётной степени
Подсчёт степеней вершин:
Рассмотрим пятиугольную пирамиду с сечением:
1) Вершины:
- Вершина пирамиды (апекс) — соединена с 5 вершинами основания
Степень = 5 (нечётная)
- Вершины основания, через которые проходит сечение (2 вершины) — каждая соединена:
С 2 соседними вершинами основания
С вершиной пирамиды
С противоположной вершиной через диагональ сечения
Степень = 2 + 1 + 1 = 4 (чётная)
Остальные 3 вершины основания — каждая соединена:С 2 соседними вершинами основания
С вершиной пирамиды
Степень = 2 + 1 = 3 (нечётная)
Итоговый подсчёт:
Вершина пирамиды: 1
Три вершины основания: 3
Всего: 4 вершины
Минимальное количество кусков проволоки:
ОТВЕТ:
Наименьшее количество кусков проволоки — 2
Обоснование: Поскольку в графе 4 вершины имеют нечётную степень, невозможно изготовить модель одним куском проволоки. Минимальное количество отдельных кусков равно 2. Каждый кусок будет представлять собой эйлеров путь, начинающийся в одной вершине нечётной степени и заканчивающийся в другой.
Теория
Обоснование: Поскольку в графе 4 вершины имеют нечётную степень, невозможно изготовить модель одним куском проволоки. Минимальное количество отдельных кусков равно 2. Каждый кусок будет представлять собой эйлеров путь, начинающийся в одной вершине нечётной степени и заканчивающийся в другой.