المرجع الالكتروني للمعلوماتية
المرجع الألكتروني للمعلوماتية

الرياضيات
عدد المواضيع في هذا القسم 9761 موضوعاً
تاريخ الرياضيات
الرياضيات المتقطعة
الجبر
الهندسة
المعادلات التفاضلية و التكاملية
التحليل
علماء الرياضيات

Untitled Document
أبحث عن شيء أخر


Toroidal Graph  
  
2160   03:49 مساءً   date: 6-4-2022
Author : Bartlett, P
Book or Source : "Lecture 5: Toroidal Graphs." CCS Discrete III, Week 10, UCSB. 2015.
Page and Part : ...


Read More
Date: 27-2-2022 2214
Date: 1-4-2022 1319
Date: 24-4-2022 1727

Toroidal Graph

Every planar graph (i.e., graph with graph genus 0) has an embedding on a torus. In contrast, toroidal graphs are embeddable on the torus, but not in the plane, i.e., they have graph genus 1. Equivalently, a toroidal graph is a nonplanar graph with toroidal crossing number 0, i.e., a nonplanar graph that can be embedded on the surface of a torus with no edge crossings.

A graph with graph genus 2 is called double-toroidal (West 2000, p. 266).

Examples of toroidal graphs include the complete graphs K_5 and K_7 and complete bipartite graph K_(3,3) (West 2000, p. 267).

When it exists, the dual graph of a toroidal graph (on the torus) is also toroidal. Examples of such pairs include the complete graph K_7 and Heawood graph, as well as the Dyck graph and Shrikhande graph.

A (topological) obstruction for a surface S is a graph G with minimum degree at least three that is not embeddable on S but for every edge e of GG-e (G with edge e deleted) is embeddable on S. A minor-order obstruction G has the additional property that for every edge e of GG·e (G with edge e contracted) is embeddable on S (Myrvold and Woodcock 2018). The complete list of forbidden graph minors for toroidal embedding of a graph is not known, but thousands of obstructions are known (Neufeld and Myrvold 1997, Chambers 2002, Woodcock 2007; cf. Mohar and Skoda 2020). Chambers (2002) found 239322 topological obstructions and 16629 minor order obstructions that include those on up to eleven vertices, the 3-regular ones on up to 24 vertices, the disconnected ones and those with a cut-vertex. Myrvold and Woodcock (2018) found 250815 forbidden topological minors and 17523 forbidden minors. In addition, Gagarin et al. (2009) found four forbidden minors and eleven forbidden graph expansions for toroidal graphs possessing no K_(3,3) minor and proved that the lists are sufficient.

The numbers of toroidal graphs on n=1, 2, ... nodes are 0, 0, 0, 0, 1, 14, 222, 5365, ... (OEIS A319114), and the corresponding numbers of connected toroidal graphs are 0, 0, 0, 0, 1, 13, 207, 5128, ... (OEIS A319115; E. Weisstein, Sep. 10, 2018).

A toroidal graph has graph genus g=1, so the Poincaré formula gives the relationship between vertex count V, edge count E, and face count F as

 V-E+F=0.

(1)

However, a toroidal graph also satisfies

 2E>=3F,

(2)

as can be derived by taking the sum over every face of the number of edges in each face. Since there are at least 3 edges in a face, this sum is bounded below by 3F. On the other hand, because each edge bounds exactly two faces, its is also exactly 2E (Bartlett 2015). Combining these two formulas gives the inequality

 E/V<=3

(3)

which must hold for a graph to be toroidal (West 2000, p. 268).

If is also true that for a toroidal graph,

 2E>=deltaV,

(4)

where delta is the minimum vertex degree. This can be derived similarly as above by summing the degree of each vertex over all of the vertices. This sum must be greater than deltaV by the definition of minimum vertex degree, but it is also equal to 2E (Bartlett 2015).

Plugging the above two inequalities into the Poincaré formula then gives

 0=V-E+F>=2/deltaE-E+2/3E,

(5)

so delta<=6 for any toroidal graph (Bartlett 2015).

Duke and Haggard (1972; Harary et al. 1973) gave a criterion for the genus of all graphs on 8 and fewer vertices. Define the double-toroidal graphs

B_1 = K_8-K_3

(6)

B_2 = K_8-(2K_2 union P_3)

(7)

B_3 = K_8-K_(2,3),

(8)

where G-H denotes G minus the edges of H. Then a subgraph G of K_8 is toroidal if it contains a Kuratowski graph (i.e., is nonplanar) but does not contain any B_i for i=1,2,3.


REFERENCES

Bartlett, P. "Lecture 5: Toroidal Graphs." CCS Discrete III, Week 10, UCSB. 2015.

 http://web.math.ucsb.edu/~padraic/ucsb_2014_15/ccs_discrete_s2015/ccs_discrete_s2015_lecture5.pdf.Chambers, J. "Hunting for Torus Obstructions." Master's thesis. Dept. of Computer Science, University of Victoria, 2002.

Duke, R. A.; and Haggard, G. "The Genus of Subgraphs of K_8." Israel J. Math. 11, 452-455, 1972.

Gagarin, A.; Myrvold, W.; and Chambers, J. "The Obstructions for Toroidal Graphs with no K_3,3's." Disc. Math. 309, 3625-3631, 2009.

Harary, F.; Kainen, P. C.; Schwenk, A. J.; and White, A. T. "A Maximal Toroidal Graph Which Is Not a Triangulation." Math. Scand. 33, 108-112, 1973.

Mohar, B. and Škoda, P. "Excluded Minors for the Klein Bottle I. Low Connectivity Case." 1 Feb 2020.

 https://arxiv.org/abs/2002.00258.Myrvold, W. and Woodcock, J. "A Large Set of Torus Obstructions and How They Were Discovered." Electronic J. Comb. 25, P1.16, 2018.

Neufeld, E. and Myrvold, W. "Practical Toroidality Testing." In Proceedings of the Eigth Annual ACM-SIAM Symposium on Discrete Algorithms, SODA '97. Society for Industrial and Applied Mathematics, pp. 574-580, 1997.

Riskin, A. "On the Nonembeddability and Crossing Numbers of Some Toroidal Graphs on the Klein Bottle." Disc. Math. 234, 77-88, 2001.

Sloane, N. J. A. Sequences A319114 and A319115 in "The On-Line Encyclopedia of Integer Sequences."Thomassen, C. "Tilings of the Torus and the Klein Bottle and Vertex-Transitive Graphs on a Fixed Surface." Trans. Amer. Math. Soc. 323, 605-635, 1991.

West, D. B. "Surfaces of Higher Genus." Introduction to Graph Theory, 2nd ed. Englewood Cliffs, NJ: Prentice-Hall, pp. 266-269, 2000.

Woodcock, J. "A Faster Algorithm for Torus Embedding." Master's thesis. Dept. of Computer Science, University of Victoria, 2007.




الجبر أحد الفروع الرئيسية في الرياضيات، حيث إن التمكن من الرياضيات يعتمد على الفهم السليم للجبر. ويستخدم المهندسون والعلماء الجبر يومياً، وتعول المشاريع التجارية والصناعية على الجبر لحل الكثير من المعضلات التي تتعرض لها. ونظراً لأهمية الجبر في الحياة العصرية فإنه يدرّس في المدارس والجامعات في جميع أنحاء العالم. ويُعجب الكثير من الدارسين للجبر بقدرته وفائدته الكبيرتين، إذ باستخدام الجبر يمكن للمرء أن يحل كثيرًا من المسائل التي يتعذر حلها باستخدام الحساب فقط.وجاء اسمه من كتاب عالم الرياضيات والفلك والرحالة محمد بن موسى الخورازمي.


يعتبر علم المثلثات Trigonometry علماً عربياً ، فرياضيو العرب فضلوا علم المثلثات عن علم الفلك كأنهما علمين متداخلين ، ونظموه تنظيماً فيه لكثير من الدقة ، وقد كان اليونان يستعملون وتر CORDE ضعف القوسي قياس الزوايا ، فاستعاض رياضيو العرب عن الوتر بالجيب SINUS فأنت هذه الاستعاضة إلى تسهيل كثير من الاعمال الرياضية.

تعتبر المعادلات التفاضلية خير وسيلة لوصف معظم المـسائل الهندسـية والرياضـية والعلمية على حد سواء، إذ يتضح ذلك جليا في وصف عمليات انتقال الحرارة، جريان الموائـع، الحركة الموجية، الدوائر الإلكترونية فضلاً عن استخدامها في مسائل الهياكل الإنشائية والوصف الرياضي للتفاعلات الكيميائية.
ففي في الرياضيات, يطلق اسم المعادلات التفاضلية على المعادلات التي تحوي مشتقات و تفاضلات لبعض الدوال الرياضية و تظهر فيها بشكل متغيرات المعادلة . و يكون الهدف من حل هذه المعادلات هو إيجاد هذه الدوال الرياضية التي تحقق مشتقات هذه المعادلات.