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解法: オイラーの次数による論証(1736年)

ステップ 4/6: 陸地を通過するたびに必ず橋を二本使う理由
ざっくり言うと

鉛筆を持ち上げず、同じ橋を二度渡らずに旅程をなぞると想像してみよう。鉛筆が旅の途中である土地に到着するたび、そこから再び出発しなければならない——一本の橋で入り、別の一本の橋で出る。したがって「通過」するたびに、その土地の橋をちょうど二本、一本は入り用、一本は出用として使い切ることになり、まるでファスナーのように二つずつ対にしていく。

ただ最初の土地(鉛筆が出発する場所で、対応する到着のない出発が一本ある)と最後の土地(鉛筆が止まる場所で、対応する出発のない到着が一本ある)だけは、橋が一本対にならずに残り得る——ただし旅が同じ土地で始まり終わる場合は、その土地の橋もすべて完全に対になる。

v≠start,finish  ⟹  deg⁡(v) is evenv \ne \text{start}, \text{finish} \implies \deg(v) \text{ is even}
詳しい解説

各辺をちょうど一度ずつ渡る経路があるとしよう。頂点 vv を一つ固定し、経路が旅の途中で vv を訪れるたび(つまりその訪問において vv が最初でも最後でもないとき)を見る。そのような訪問はそれぞれ、vv に到着するために一本の辺を使い、再び vv を出発するために別の一本の辺を使う。経路は辺を二度使わないため、vv における辺が異なる訪問間で再利用されることはない。

これにより、経路全体の始点でも終点でもない訪問のたびに、vv における辺は(到着,出発)のペアとして二本ずつ対になる。vv が始点にも終点にもならなければ、そのすべての辺がこのように対になるため、deg⁡(v)\deg(v) は偶数でなければならない。vv が始点である(かつ終点ではない)場合、対応する到着のない出発の辺が一本残るため deg⁡(v)\deg(v) は奇数になる。対称的に、vv が終点のみである場合は対応する出発のない到着の辺が一本残る。vv が始点かつ終点(閉じた周遊)である場合、残った出発の辺と残った到着の辺が互いに対になり、deg⁡(v)\deg(v) は再び偶数になる。

一つの経路には始点と終点がそれぞれちょうど一つずつある(同じ頂点であってもよい)ため、この対応づけの議論は、グラフの頂点のうち奇数次数になり得るのは高々二つであり、経路が閉じている場合は一つもないことを直接示している。これがオイラーの規則の背後にある実際の仕組みであり、単に鵜呑みにすべき事実ではない。

このステップで使う知識