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Lv.17伽马射线
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2023-02-18 17:45
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想问一下Cayley定理的可视化证明
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Cayley定理是代数学中的一个定理,它描述了每个$n$阶有标号的树都可以表示为完全图$K_{n}$的一个子图的形式。以下是Cayley定理的一个可视化证明方法:
首先可以通过手工绘制来验证这个定理。例如,对于一个$4$个节点的树,我们可以手动绘制出所有可能的标号为$1$,$2$,$3$,$4$的树的数量,并将其列举在表格中。我们可以发现,一共有$16$种可能的树,这也是完全图$K_4$的边数。
接下来可以考虑用代数的方法证明这个结论。可以把$n$个节点的有标号树用一个$n\times n$的邻接矩阵$A$来表示。这个矩阵$A$有以下的性质:
$A$是一个对称矩阵;
$A$的主对角线上的元素都是$0$;
$A$的非主对角线上的元素为$1$,表示树上相邻节点之间有一条边。
我们现在考虑如何得到这个$n\times n$的邻接矩阵$A$。我们可以将$n$个节点标号为$1,2,\ldots,n$。我们可以在$K_n$的每个节点上放置一个标号,表示将该节点与$A$中的对应行、列相连。根据$A$的性质,$A$中非主对角线上的元素数目应该与完全图$K_n$的边数相同。
最后需要考虑如何排除那些不是树的情况。
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首先可以通过手工绘制来验证这个定理。例如,对于一个$4$个节点的树,我们可以手动绘制出所有可能的标号为$1$,$2$,$3$,$4$的树的数量,并将其列举在表格中。我们可以发现,一共有$16$种可能的树,这也是完全图$K_4$的边数。
接下来可以考虑用代数的方法证明这个结论。可以把$n$个节点的有标号树用一个$n\times n$的邻接矩阵$A$来表示。这个矩阵$A$有以下的性质:
$A$是一个对称矩阵;
$A$的主对角线上的元素都是$0$;
$A$的非主对角线上的元素为$1$,表示树上相邻节点之间有一条边。
我们现在考虑如何得到这个$n\times n$的邻接矩阵$A$。我们可以将$n$个节点标号为$1,2,\ldots,n$。我们可以在$K_n$的每个节点上放置一个标号,表示将该节点与$A$中的对应行、列相连。根据$A$的性质,$A$中非主对角线上的元素数目应该与完全图$K_n$的边数相同。
最后需要考虑如何排除那些不是树的情况。