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¿Cuántos árboles en$\{1,2,3,4,5,6,7\}$ tienen un vértice de grado 2?

¿Cuántos árboles en$\{1,2,3,4,5,6,7\}$ tienen un vértice de grado 2?

Intento -

Se siente como un problema de exclusión de inclusión (usando el código de kailey), definamos$|A_i| \Rightarrow $ vertex$i$ es de grado$1$.

$|Ai\, \cup A_j$ | - los vértices$i,j$ son de grado$1$ y así sucesivamente.

Entonces, siguiendo mi cálculo, podríamos obtener ...

$7 \cdot 5\cdot 6^4 - \binom{7}{2}\binom{5}{2}\cdot2\cdot5^3+ \binom{7}{3}\binom{5}{3}\cdot3!\cdot4^2 - \binom{7}{4}\binom{5}{4}\cdot4!\cdot3 + \binom{7}{5}5!$

¿Qué piensas? gracias !

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user299698 Puntos 96

Creo que la fórmula es correcta. Da $16380$. A continuación hay un enfoque alternativo con el mismo resultado final.

Para una etiqueta de árbol con $7$ vértices tenemos que $$\sum_{v \in \{1,2,3,4,5,6,7\}} \deg v = 2(7-1)=12.$$ Así que si un árbol NO ha vértices de grado $2$ e tiene $m$ deja de grado $1$ $$12\geq l+3(7-l)$$ lo que significa que $l$ $5$ o $6$ (hay al menos un vértice que no es una hoja). De ahí el título de la secuencia es $$1,1,1,1,1,3,4\quad\text{or}\quad 1,1,1,1,1,1,6.$$ Por la fórmula de Cayley hay $7^{7−2}$ etiquetado de los árboles con $7$ vértices y el número de árboles con vértices $1,2,3,4,5,6,7$ de grados $d_1, d_2,\dots, d_7$ es $$\binom{7-2}{d_1-1,d_2-1,\dots, d_7-1}.$$ De ahí que el número de árboles con vértices $1,2,3,4,5,6,7$ tiene al menos un vértice de grado $2$ es $$7^{5}-7\cdot 6\cdot\frac{5!}{2!3!}-7\cdot \frac{5!}{5!}=16380.$$

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Marko Riedel Puntos 19255

Aquí hay una respuesta para los árboles en $n$ nodos con Pruefer códigos. El grado de un nodo es uno más que el número de veces que aparece en el código, de modo que un nodo de grado dos aparece una vez. Por lo tanto, de los árboles no contiene un nodo de grado dos todos los nodos aparecen no en todo o al menos dos veces. Con $n$ nodos esto le da al EGF

$$\prod_{q=1}^n \left(1+\sum_{p\ge 2} \frac{z^p}{p!}\right) = (\exp(z)-z)^n.$$

Extraer el coeficiente obtenemos

$$(n-2)! [z^{n-2}] (\exp(z)-z)^n = (n-2)! [z^{n-2}] \sum_{q=0}^n {n\elegir q} \exp((n-p)z) (-1)^q z^q \\ = (n-2)! \sum_{q=0}^{n-2} {n\elegir q} (-1)^q [z^{n-2-q}] \exp((n-p)z) \\= (n-2)! \sum_{q=0}^{n-2} {n\elegir q} (-1)^q \frac{(n-q)^{n-2-p}}{(n-2-p)!}.$$

Por lo tanto, la forma cerrada para los árboles que contienen al menos un nodo de el grado dos es

$$n^{n-2} - (n-2)! \sum_{q=0}^{n-2} {n\elegir q} (-1)^q \frac{(n-q)^{n-2-p}}{(n-2-p)!}$$

o

$$\bbox[5px,border:2px solid #00A000]{ (n-2)! \sum_{q=1}^{n-2} {n\elegir q} (-1)^{q+1} \frac{(n-q)^{n-2-p}}{(n-2-p)!}.}$$

Tenemos partida en $n=1$ la secuencia

$$0, 0, 3, 12, 120, 1200, 16380, 255696, 4726008, 99107280, \ldots $$

que no está en la OEIS. Dado este hecho que nos verfied estos datos por la enumeración que se produce una coincidencia, como se ve a continuación.

con(planta);

trees_deg2 :=
proc(n)
opción de recordar;
local ind, d, a, mset, deg, res;

 si n=1 entonces devuelve 0 fi;

 res := 0;

 para la ind de n^(n-2) 2*n^(n-2)-1 ¿
 d := convert(ind, base, n);
 a := [seq(d[p]+1, q=1..n-2)];

 mset := convertir(a, `conjunto múltiple`);
 gr := map(ent -> ent[2]+1, mset);

 si el miembro(2, deg), a continuación,
 res := res + 1;
fi;
od;

res;
end;


T := n ->
`si`(n=1, 0,
(n-2)!*agregar(binomial(n,p)*(-1)^(q+1)*(n-q)^(n-2-p)/(n-2-p)!,
q=1..n-2));

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