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定理証明済み

ホールの結婚定理

内容

G=(X∪Y,E)G=(X \cup Y, E) を有限二部グラフとする。XX のすべての頂点を飽和するマッチングが存在するための必要十分条件は、任意の部分集合 W⊆XW \subseteq X に対してその近傍 N(W)⊆YN(W) \subseteq Y が ∣N(W)∣≥∣W∣|N(W)| \ge |W| を満たすことである。

なぜ正しいのか?

もし応募者のグループ WW が全体として ∣W∣|W| 個未満の仕事にしか適格でなければ、全員を別々の仕事に就かせることは明らかに不可能である。ホールの定理は、すべての部分集合 WW にわたって確かめられるこの自明な必要条件が、実は唯一の障害であると主張する——どの部分グループもボトルネックになっていなければ、完全なマッチングが必ず存在する。

証明の概略

必要性は、XX を飽和するマッチングが各 W⊆XW \subseteq X を N(W)N(W) の中へ単射に写すことから直ちに従う。十分性は ∣X∣|X| に関する帰納法による:すべての空でない真部分集合 W⊂XW \subset X について ∣N(W)∣≥∣W∣+1|N(W)| \ge |W|+1 であれば、任意の x∈Xx \in X を任意の y∈N({x})y \in N(\{x\}) と組にし、ホールの条件が保たれる G−{x,y}G - \{x,y\} に帰納法を適用する。そうでなければ ∣N(W)∣=∣W∣|N(W)| = |W| となる空でない真部分集合 WW が存在するので、帰納法により WW を N(W)N(W) にマッチングさせ、さらに G−(W∪N(W))G - (W \cup N(W)) において X∖WX \setminus W がホールの条件を満たすことを確かめて、残りの頂点も帰納法によりマッチングさせる。

この定理を使うトピック

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ステップごとの証明

この定理のステップごとの証明はまだありません。

参考文献

  1. Philip Hall (1935). On Representatives of Subsets