数学 › グラフ理論 › Kuratowski の定理

狭義凸の位置にある点列の定める凸多角形

補題 5.2(「Kuratowski の定理」§5) ・ ✓公理まで証明済み

(v1,…,vr)(v_1,\dots,v_r)(r≥3r\ge3)が狭義凸の位置にあるとする。線分 [vi,vi+1][v_i,v_{i+1}](1≤i≤r1\le i\le r。この多角形の辺と呼ぶ)の和集合を ZZ とし、

Π=conv⁡{v1,…,vr}={∑j=1rtjvj: tj≥0, ∑j=1rtj=1}\Pi=\operatorname{conv}\{v_1,\dots,v_r\}=\Bigl\{\sum_{j=1}^rt_jv_j:\ t_j\ge0,\ \sum_{j=1}^rt_j=1\Bigr\}

を凸多角形(凸包)と呼ぶ。巡回列の中で隣り合わない 2 頂点を結ぶ線分を対角線と呼ぶ。

  1. v1,…,vrv_1,\dots,v_r は相異なり、相異なる 2 本の辺が交わるのは、巡回列で続く 2 本が共通の端点で交わる場合だけである。したがって ZZ は折れ線の閉曲線である。その内部は Π∖Z\Pi\setminus Z、外部は R2∖Π\mathbb{R}^2\setminus\Pi である。すべての ii と j≠i,i+1j\ne i,i+1 で [vi,vi+1,vj]>0[v_i,v_{i+1},v_j]>0 となる向きに列を読むとき、Π=⋂i{p:[vi,vi+1,p]≥0}\Pi=\bigcap_i\{p:[v_i,v_{i+1},p]\ge0\}、Π∖Z=⋂i{p:[vi,vi+1,p]>0}\Pi\setminus Z=\bigcap_i\{p:[v_i,v_{i+1},p]>0\} である。
  2. 対角線の点は、両端を除いて ZZ の内部にある。
  3. z=viz=v_i とし、巡回列での両隣を a,ba,b とする。a−za-z と b−zb-z は一次独立である。平面の点を p=z+λ(a−z)+μ(b−z)p=z+\lambda(a-z)+\mu(b-z) と書くとき、p∈Πp\in\Pi ならば λ≥0\lambda\ge0 かつ μ≥0\mu\ge0、pp が ZZ の内部にあれば λ>0\lambda>0 かつ μ>0\mu>0 である。zz 以外の頂点では (λ,μ)≠(0,0)(\lambda,\mu)\ne(0,0) である。Λ={z+λ(a−z)+μ(b−z):λ>0, μ>0}\Lambda=\{z+\lambda(a-z)+\mu(b-z):\lambda>0,\ \mu>0\} は、半直線 za,zbza,zb が平面から切り取る 2 つの開いた角領域のうちの一方で、その開きは π\pi 未満、もう一方の開きは π\pi より大きい。さらに、ある δ>0\delta>0 があって、Λ\Lambda の点で zz からの距離が δ\delta 未満のものはすべて ZZ の内部にある。
  4. 凸な描画の面の境界の閉路の点集合を ZZ とすると(頂点の列は狭義凸の位置にある)、その面が内面ならば面は ZZ の内部に等しく、外面ならば ZZ の外部に等しい。

本文で読む(証明と前後の説明)→

閉包の状態

✓ 公理まで証明済み

証明が使う定理を 前提 としてたどると、Rikai の中の証明だけで定義・公理(物理では基本仮定)までつながっています(前提の定理類 30 件、定義なども含めて 34 件)。

印の意味: ✓公理まで証明済み ・ △証明あり(閉包未完)・ ※主張のみ。テーマごとの集計は 閉包の状況。

前提をたどる 証明が使う定理・定義(直接 2 件)

▸ を開くと、その項目の証明が使う前提が出ます。深い先は各項目のページでたどれます。

これを使っている定理 証明で参照している 3 件