分水界はいくつまでできる?

  • 平面をk個の海岸線に分ける
  • 分水界を「どの海岸線とどの海岸線とを分けるか」で数えるとき、行く通りにまで増やせるか?
  • 最大値は\frac{k(k-1)}{2}で上に抑えられている
  • 1点から星形に分けるときにはk通りに分けられるから、これ以上にはできる
  • さて。
  • 分水界をどんどん分けていくと、2分岐木になるから、2分岐木の辺の数に相当する
  • 一般に、木は、頂点の数N_vに対して、辺の数はN_e
  • この場合の頂点は「葉」と呼ばれる端の頂点と、「節」と呼ばれる、端ではない頂点との合わせたものである
  • 分水界を考えるとき、「葉」の数がk
  • では、葉の数がkであるような木の節の数はいくつだろうか
  • 葉をトーナメントのチームとして考えよう。試合の数は、チーム数-1
  • したがって、節の数はk-1
  • ただし、この場合は、「決勝戦」に節頂点を与えている
  • 分水界の場合には、「決勝戦」はいらない(k=2の場合は、葉が2つで節は0、辺が1にしたい)
  • したがって、葉の数kに対して、節の数がk-2。頂点数はk+k-2
  • 辺の数は頂点数より1小さいから、辺の数はk+k-2-1=2k-3