1. 引言
本文考虑有限简单图
,同时假设图不变量f是一个非负实函数。图不变量是指图在同构条件下仍然保持不变的一种性质,它往往和图的自身结构和特征有关,不依赖于图的某一种表示。研究图不变量不仅可以让我们深刻理解图的结构特性,还能借此设计算法用于解决图论当中各种各样的问题。文献[1]-[4]中发现对给定图的不变量稳定数,可以通过删除点,删除边,增加点以及增加边的方式进行改变。Haynes [3]等人通过对图G进行删点,删边和加边的方式考虑不变量是否改变,给出了最大度
,最小度
,独立数
等不变量的一般性结论。Bauer [4]等人给出了使得图的独立数增加或减少的条件,同时对图的f-边稳定数
进行了定义,即在图G中能找到一个最小的边集
使得
,则有
。Kemnitz [5] [6]等人对色束缚数和边色数相等的图进行考虑,并给出了一般性结论,其中色束缚数指的是任意两个色类之间的最小边数,给出了f-边稳定数上界和下界的一般性结论,考虑了当图G满足
时特定图类的色边稳定数。Akbari [7]等人在图G满足
的条件下证明了
其中
是独立色点稳定数,即使得色数
改变的独立集的最小点数;同时也给出了当图G满足
则有
成立。
文献[8] [9]中根据图的最大度给出了图G边色稳定数的严格上界,并考虑了
的图和k小于等于5的k正则图的特征描述。Kemnitz and Marangio [10]给出了一些关于f-点稳定数的一般性结论,并利用f-点稳定数对著名的Gallai定理进行了证明,同时关注了色数这一结构参数,通过一系列的图确定了色数点稳定数,其次考虑了色边稳定数和色点稳定数的关系,证明了它们的差和比率可以变成任意大。
本文利用图不变量f的性质,如可加性,可乘性等,进一步给出了笛卡尔积图f-点稳定数的相关结论,在不同条件下,通过f-点稳定数探究了笛卡尔积图与子图之间的关系。第二部分给出了定理证明需要的相关引理以及相关的定义。第三部分给出了笛卡尔积图f-点稳定数的界。
2. 相关定义和引理
定义2.1 [5]. 设图
且
和
是两个互不相交的图。若不变量f满足
,
则称不变量f具有可加性。
定义2.2. 设图
且
和
是两个互不相交的图。若不变量f满足
,
则称不变量f具有可乘性。
定义2.3 [5]. 设图
且
和
是两个互不相交的图。若不变量f满足
,
则称不变量f具有最大性。
定义2.4. 设图
且
和
是两个互不相交的图。若不变量f满足
,
则称不变量f具有最小性。
定义2.5. 设图的f-点稳定数
定义为
引理2.6 [10]. 若
是图G的一个点子集,则有
。
定义2.7. 设图H是图G的一个子图,f是一个图不变量,若有
,
则称不变量f是单调递增的;反之,则称不变量f是单调递减的。
定义2.8 [11]. 设
是两个简单图,图G是由
和
构成的笛卡尔积图,记作
,
其中,定义图G顶点集为
,
其边集为
。
3. 笛卡尔积图的f-点稳定数的界
定理3.1. 设
是两个互不相交的图,
且不变量f满足可加性。若图G中存在一个点集
使得
,
,则有
。
证明 若图
中找不到任何点集使得
改变,由定义可知
,结论显然成立。
设
,
令
是图
的一个点子集,使得
,则有
。
现设图G存在一个点子集
且
,根据不变量f的可加性条件,得到
由定义可知
,
根据引理2.6有
。
同理当
时,有
,
则
。 □
定理3.2. 设
是两个互不相交的图,
,不变量f满足可乘性且非零。若图G中存在一个点集
使得
,
,则有
。
证明 若
,
,则结论显然成立。
现证
的情况,令
,
若存在点子集
,使得
,则
。
由于图G是
构成的笛卡尔积图,存在一个点子集
,使得
。根据不变量f的可乘性条件且非零,则
由定义可知
,
根据引理2.6有
。
同理当
,
有
,
得
。 □
定理3.3. 设
是两个互不相交的图,
,不变量f满足最大性。若图G中存在一个点集
使得
且
,
,则有
。
证明 根据引理2.6有
,
只需证
。
若
,
,结论显然成立。
现设
,
令
是图
的点子集,使得
,则有
。
又根据不变量f的最大性条件,有
由定义可得
。
同理当
,
有
,
则
。 □
定理3.4. 设
是两个互不相交的图,
,不变量f满足最小性。若图G中存在一个点集
使得
且
,
,则有
。
证明 若
,
,则结论成立。
设存在
,可以令
,
若
是一个点子集且
,使得
,则有
。
根据不变量f的最小性条件,有
因此,可得
。
同理当
,
有
,
则
。 □
通过上述定理可知,我们考虑的是两个不交图构成的笛卡尔积图,由此可以推广到多个不交图所构成的笛卡尔积图的f-点稳定数。
定理3.5. 设不变量f满足可加性且非零,
,
,
是正整数,并且它们的子图都是互不相交的。令
,若图G存在一个点子集
使得
,
,则有
。
证明 根据引理2.6,只需证
。
当
时,有
,
当
且
,令
,
其中
,令
是一个点子集且
,使得
,则有
。
又根据不变量f的可加性条件,得
由定义有
。
若
,
其中
,则
。不变量f满足可加性且不为零,有
得
。
同理,当
或
,
得
或
根据引理2.6,则有
。 □
定理3.6. 设不变量f单调递增且满足最大性,
,
,
是正整数,它们的子图都互不相交。令
,存在一个点子集
使得
,
,且
。若
,
是正实数且
或m,则有
。
证明 根据引理2.6,只需证
。
当
时,令
是一个点子集且
,使得
,
设图
是图
的子图,
,当
时,令
;
当
时,存在一个点子集
使得
,令
。
设T是一个点子集且
,使得
,则
,
根据不变量f的单调递增且满足最大性条件,有
由定义得
。
当
时,同理可得
,
根据引理2.6有
。 □
4. 总结
本文通过图不变量的性质,研究了笛卡尔积图不变量点稳定数的界。近些年,关于不变量稳定数的研究也是热点问题之一,本文丰富了在笛卡尔积图方面的研究成果。目前关于图的不变量稳定数有较多结论,如图的色点稳定数、色边稳定数等,本文只考虑了笛卡尔积图不变量点稳定数,相对应的笛卡尔积图不变量边稳定数也可以进行研究。
基金项目
新疆自然科学基金项目(2024D01A89, 2022D03002);国家自然科学基金地区科学基金项目(11961070)。
NOTES
*通讯作者。