4ВПР →

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.