Научная статья на тему 'О сколь угодно больших скачках функции Головача для деревьев'

О сколь угодно больших скачках функции Головача для деревьев Текст научной статьи по специальности «Математика»

CC BY
76
36
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ГАРАНТИРОВАННЫЙ ПОИСК / ГРУППА ПРЕСЛЕДОВАТЕЛЕЙ / УБЕГАЮЩИЙ / "-ПОИМКА / ПОИСКОВЫЕ ЧИСЛА / ФУНКЦИЯ ГОЛОВАЧА / ЕДИНИЧНЫЕ СКАЧКИ / "-CAPTURE / GUARANTEED SEARCH / TEAM OF PURSUERS / EVADER / SEARCH NUMBERS / THE GOLOVACH FUNCTION / UNIT JUMPS

Аннотация научной статьи по математике, автор научной работы — Абрамовская Т. В., Петров Н. Н.

Рассматривается задача "-поиска на связном топологическом графе. Изучаются скачки функции Головача для деревьев. Известно, что функция Головача для деревьев, число рёбер которых не превосходит 27, имеет только единичные скачки. В более ранних работах авторов настоящей статьи были построены примеры деревьев, функция Головача для которых имеет скачки высоты 2. В настоящей статье показано, что скачок функции Головача для деревьев может быть сколь угодно большим. Приводится точная оценка высоты скачка для некоторой последовательности деревьев, построенной в настоящей статье. Доказана теорема о малых шевелениях длин рёбер для деревьев, утверждающая, что сколь угодно малым изменением длин рёбер дерева (с, возможно, вырожденной функцией Головача) можно получить новое дерево, функция Головача для которого имеет только единичные скачки.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «О сколь угодно больших скачках функции Головача для деревьев»

МАТЕМАТИКА

УДК 517.977,519.173

О СКОЛЬ УГОДНО БОЛЬШИХ

СКАЧКАХ ФУНКЦИИ ГОЛОВАЧА ДЛЯ ДЕРЕВЬЕВ*

Т. В. Абрамовская1, Н. Н. Петров2

1. С.-Петербургский государственный университет, аспирант, [email protected]

2. С.-Петербургский государственный университет,

д-р физ.-мат. наук, профессор, [email protected]

Введение. Рассматривается задача е-поиска на графах, основное внимание уделяется изучению скачков функции Головача для деревьев. Исследования в этом направлении были предприняты в работах [1] и [2]. В первой статье приводится достаточное условие единичности скачка функции Головача для деревьев и доказывается важная лемма «о трёх ветвях». В работе [2] построены примеры деревьев, в которых указанное достаточное условие нарушается, и функция Головача для этих деревьев имеет скачок высоты 2. Приведённые примеры не только подтвердили существенность условий теоремы о единичных скачках, но и оказались минимальными по числу рёбер деревьями с «вырожденной» (имеющей неединичные скачки) функцией Головача. Авторы настоящей статьи некоторое время полагали, что, помимо перечисленного, на этих примерах достигается наибольший скачок функции Головача, возможный для деревьев. В настоящей статье это предположение опровергается, и утверждается, что скачок функции Головача для деревьев может быть сколь угодно большим.

В работе [2] на упомянутых выше примерах с двойным скачком было показано, что сколь угодно малым шевелением длин рёбер дерева с вырожденной функцией Головача может быть получено дерево, функция Головача для которого имеет только единичные скачки. В настоящей работе теорема о малых шевелениях длин рёбер доказана в общем виде.

Проблема е-поиска формулируется следующим образом. В трёхмерном евклидовом пространстве рассматривается связный топологический граф с рёбрами, представляющими собой конечнозвенные ломанные, которые могут пересекаться только в верши-

* Работа выполнена при финансовой поддержке ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» (грант №2010-1.1-111-128-033).

© Т.В.Абрамовская, Н.Н.Петров, 2011

нах. На графе находятся преследователи Р1,... ,Ри и убегающий Е. Предполагается, что игроки обладают простыми движениями:

(Д) : ±г = щ, ||м*|| < 1, г € 1,п, ,

(Е): у = ио, (1)

причём граф является для всех участников фазовым ограничением. Допустимыми управлениями игроков являются кусочно-постоянные функции, заданные на произвольных замкнутых временных отрезках [0, т]. Траектории преследователей и убегающего— кусочно-аффинные вектор-функции со значениями в графе. На графе введена метрика р — длина кратчайшего по евклидовой норме пути, соединяющего две точки и целиком лежащего в графе. Команда преследователей пытается поймать невидимого убегающего, который, в свою очередь, стремится избежать поимки. Считается, что убегающий пойман преследователем, если оба участника находятся на расстоянии, не превосходящем заданного неотрицательного числа е. Задача е-поиска состоит в том, чтобы для каждого топологического графа найти е-поисковое число, т. е. наименьшее

число преследователей, необходимое для успешного завершения е-поиска. Функция,

которая каждому е сопоставляет е-поисковое число, называется функцией Головача.

Программой команды преследователей Р = {Р1,..., Ри} называется совокупность П траекторий {х1 (£),... , хи(£),£ € [0, т]}. Программа называется выигрывающей с радиусом поимки е, если для любой траектории убегающего у, заданной на [0, т], существуют £ £ [0, г] и г £ 1, к такие, что р(ж*(£),г/(£)) < е.

Множество С С О называется очищенным при использовании программы П в момент £ € [0, т], если оно представляет собой множество всех точек а € О, для каждой из которых верно следующее: не существует траектории убегающего у, заданной на [0, т], такой, что г/(£) = а и Ш' < Ь справедливо равенство р(жг(^/), > £ для всех г £ 1, к.

Наименьшее число преследователей, осуществляющих поимку с нулевым радиусом на графе О, обозначается в (О), е-поисковое число графа О обозначается ва(е), так что (0) = в(О).

Для натурального к < в (О) обозначим через еа(к) минимальный радиус поимки, с которым группа к преследователей ловит убегающего на О (в силу полунепрерывности справа функции Головача (см. [3]) минимальный радиус поимки существует).

1. Ранее полученные результаты. Приведённые здесь утверждения опубликованы в [1], в дальнейшем они будут использованы для доказательства основных результатов статьи.

Лемма 1. Для любого поддерева Т' произвольного дерева Т имеет место неравенство ет>(к) < ет(к).

Ветвью дерева Т, отходящей от вершины а, назовём замыкание компоненты связности множества Т\{а}.

Будем говорить, что преследователь Р*, движущийся по траектории х*(•), е-близок (е-неблизок) к точке дерева а в некоторый момент £, если р(а, х(£)) < е (р(а, х(£)) > е). Вершину степени три или более будем называть существенной. Существенную вершину будем называть е-критической, если она находится на расстоянии 2е от некоторой другой существенной вершины.

Сформулируем следующую лемму о трёх ветвях.

Лемма 2. Пусть на дереве Т существует вершина а, от которой отходят три ветви: В і, В 2, Вз. И пусть для каждой ветви Ві, і = 1, 2, 3, выполнено следующее: в любой программе команды V, выигрывающей в задаче є-поимки на Ві, найдется момент времени, в который каждый из преследователей є-неблизок к а. Тогда команда V не может успешно завершить є-поиск на Т.

Верна следующая теорема о единичных скачках.

Теорема 1. Рассмотрим дерево Т и є > 0, пусть Т не содержит є-критических вершин, а к преследователей ловят убегающего с радиусом поимки є. Тогда группа из к +1 преследователей осуществляет 5-поимку на Т, где 6 < є.

2. Скачки функции Головача для деревьев. В этом пункте будут изучены свойства функции Головача для последовательности деревьев, строящейся следующим образом.

Через Т обозначим дерево, от одной вершины которого отходят одно ребро длины три и два ребра единичной длины (см. рис. 1).

Через То обозначим дерево, составленное из трёх деревьев вида Т, соединённых в вершине со по рёбрам длины 3. Пусть Тп_і, п > 1, уже построено, тогда дерево

Тп строится следующим образом: возьмём три экземпляра дерева вида ТП_______і, новую

вершину сп и соединим сп ребром длины 1 с каждой из вершин сп_і.

Рис. 1.

Теорема 2. Для всех п > 0 и 0 < е < 0.5 верно равенство в(Тп) = зтп (е) = п + 3.

Доказательство. Рассмотрим произвольное 0 < е < 0.5. Докажем утверждение теоремы с помощью индукции по п. Поточечная поимка на То тремя преследователями осуществляется очевидным образом: один из преследователей занимает вершину со и стоит там в течение всего поиска, два других преследователя очищают ветви, отходящие от со. Далее, отходящие от со ветви имеют вид Т. Для поимки на каждой ветви вида Т с радиусом е необходимы два е-неблизких к со преследователя, тогда по лемме 2 два преследователя не могут поймать убегающего на То с радиусом поимки е.

Дерево Ті четыре преследователя с нулевым радиусом поимки очищают аналогичным образом: Рі занимает вершину сі, три других выбирают одну из отходящих от сі ветвей, переходят по инцидентному Сі ребру в вершину со и очищают дерево вида То, при этом понятно, что одному из трёх преследователей допустимо в течение всего очищения ветви стоять в вершине со. Затем Р2, Рз, Р4 переходят на другую ветвь, отходящую от сі, очищают её и завершают поимку очищением третьей ветви. Так как для очищения каждой ветви вида То, отходящей от вершины сі, необходимы три є-не-близких преследователя, то по лемме 2 три преследователя поймать убегающего на Ті с радиусом є не могут.

Предположим, что для п — 1 > 1 уже доказано, что п + 2 преследователя осуществляют поточечную поимку на Тп_і, при этом для одного из преследователей допустимо стояние в вершине сп_і в течение всего поиска. Кроме того, пусть уже доказано, что команда п +1 преследователей не может поймать убегающего на Тп_і с радиусом поимки є.

На дереве Тп выигрывающая программа п+3 преследователей выглядит следующим образом: Рі занимает вершину сп, остальные преследователи Р2,..., Рп+з выбирают одну из отходящих от сп ветвей, переходят по инцидентному сп ребру в вершину сп_і этой ветви, Рз,..., Рп+з очищают подветви, отходящие от сп_і.

Покажем, что группа из п + 2 преследователей не может обеспечить поимку на Тп с радиусом поимки є. По построению Тп от вершины сп отходят три ветви вида Тп_і, соединённые с сп ребром длины 1. По индукционному предположению для очищения Тп_і с радиусом поимки є необходимы п + 2 преследователя, а так как ребро, по которому указанные ветви отходят от сп, длиннее, чем 2є, все п + 2 преследователя во время очищения каждой из ветвей окажутся є-неблизкими к сп, и требуемое следует из леммы 2. □

Теорема 3. Для каждого п > 1 функция Головача для дерева Тп имеет скачок высоты [п/2] +1.

Доказательство. По теореме 2 группа из п + 2 преследователей не может поймать убегающего на Тп с радиусом поимки, меньшим 0.5. Покажем, что с радиусом 0.5 убегающий будет пойман на Тп группой из п + 2 — [п/2] преследователей.

Пусть п = 21 + 1, таким образом, рассматривается группа из 1 + 2 преследователей. Выберем произвольный путь, ведущий из вершины сп в вершину, инцидентную ребру длины три. Обозначим вершины этого пути: смежная с сп вершина обозначается сп_і, и, далее, номер вершины последовательно уменьшается с удалением от сп. Последняя вершина будет иметь номер со, так как длина такого пути (по числу рёбер) равна п (см. рис. 2).

Разместим Рі,Р2,...,р+і в вершине сп, затем преследователь Рі переходит в середину ребра (сп,сп_і), Р2 —в середину ребра (сп_2,сп_з) и т.д., Р+і переходит в середину ребра (сі, со). При радиусе поимки 0.5, такая позиция преследователей контролирует все вершины выбранного пути сп,. .., со. Отходящие от со ветви имеют вид Т и могут быть очищены преследователем р+2 с радиусом поимки 0.5. Далее, Р+і через сі переходит в середину ещё неочищенного ребра, смежного с ребром длины 3, и снова контролирует две вершины, давая возможность р+2 очистить подветви вида Т. Когда все подветви, отходящие от сі, будут очищены, р+і и р+2 через вершину с2 переходят к очищению ветвей вида Ті и т.д., пока не будет очищена выбранная ветвь. Аналогично очищаются две оставшиеся ветви.

Рис. 2.

Если п чётное, п = 21, также рассматривается группа из 1 + 2 преследователей, но, в отличие от программы преследователей для нечётного п, преследователь Рі в течение всего поиска стоит в вершине сп, Р2 переходит из сп в середину ребра (сп_і,сп_2) и т.д., Р;+і занимает середину ребра (сі,со). Дальнейшие действия преследователей совпадают с описанными выше для нечётного п.

Последнее, что необходимо показать, это невозможность поимки п +1 — [п/2] преследователями убегающего на Тп с радиусом поимки 0.5.

Докажем это с помощью индукции по п. На деревьях То и Ті один преследователь, очевидно, с радиусом 0.5 осуществить поимку не может. Предположим, что для п—1 > 1 доказано, что на Т^-і команда (п—1)+1 — [(п — 1)/2] преследователей не может поймать убегающего с радиусом поимки 0.5, т. е. необходимы, как минимум, п + 1 — [(п — 1)/2] преследователей.

Пусть п = 21, тогда преследователей, необходимых для поимки на Тп_і с радиусом 0.5, должно быть не менее 21 +1 — [(21 — 1)/2] = 1 + 1. Рассмотрим Тп, в силу чётности п, верно п. + 1 — [^] = 1 + 1. По построению Тп от вершины сп отходят три ветви, для очищения которых, по индукционному предположению, необходимы 1 + 1 преследователей. Если для очищения каждой из этих ветвей необходимы 1 + 1 преследователей

0.5-неблизких к сп, тогда, по лемме 2 очищение Тп командой 1 + 1 преследователей с радиусом 0.5 невозможно, что и требуется. Предположим, что для очищения хотя бы одной ветви, отходящей от сп, для определённости, по ребру (сп, сп_і), достаточно, чтобы в некоторый момент один из преследователей, пусть Рі, не отдалялся от сп дальше, чем 0.5. Но для поимки с радиусом 0.5 на Т^-і необходимы 1 + 1 преследователей, значит, Рі должен занять середину единичного ребра (сп,сп_і), лишь таким образом обеспечивается одновременно контроль над вершиной сп и участие в поимке на под-ветви вида Тп_і. От вершины сп_і отходят три ветви, содержащие деревья вида Тп_2. По индукционному предположению для поимки с радиусом 0.5 на Тп_2 необходима команда из п — [(п — 2)/2] = 1 + 1 преследователей, значит, преследователи Р2,... ,Р;+і очистить отходящие от сп_і ветви не могут. Таким образом, 1 + 1 = п +1 — [п/2] преследователей для поимки на Тп с радиусом поимки 0. 5 недостаточно.

Если теперь п нечётное, п = 21 +1, имеем п +1 — [п/2] = 1 + 1. Необходимых для поимки с радиусом 0.5 на Т^-і преследователей должно быть не менее (п — 1) + 2 — [(п — 1)/2] = 1 + 2. Значит, по лемме 1, для поимки на 7^ с радиусом поимки 0.5 необходимо не менее 1 + 2 преследователей.

Таким образом,

0, к = п + 3,

£т„ (к) ^ = 0.5, к = п + 2 — [^] ,..., п + 2,

>0.5, А- < /7 + 1 — [§] ,

и высота скачка достигает [п/2] + 1. □

Утверждения, доказанные в этом пункте, позволяют точно определить е-поисковое число для построенной нами последовательности деревьев при достаточно малых радиусах поимки — меньше половины кратчайшего ребра дерева. Оценки поисковых чисел для таких малых радиусов на графах были получены П. А. Головачом в [3]. А именно, для произвольного графа С, длина кратчайшего ребра которого равна I, выполнены следующие соотношения:

1) если 0 < е < 1/4, то вс(е) = «(С);

2) если 0 < е < 1/2, то в(С) — 1 < (е).

(3)

Точность этих оценок на множестве всех графов была показана в работе [3]. А именно, для полного графа Кп с п вершинами и рёбрами единичной длины функция Головача выглядит следующим образом.

(е)

п, 0 < е < 0.25,

п — 1, 0.25 < е < 0.5,

[п/2] , 0.5 < е < 1,

2, 1 < е < 1.5,

1, 1.5 < е.

На самом деле, оценки (3) точны уже для деревьев. Действительно, как видно из формулы (2), любое из деревьев ТП, п > 0, доказывает точность второй оценки. Соотношение для четверти кратчайшего ребра точно на дереве Т, представленном на рис. 3: от «центральной» вершины дерева Т отходят три ребра единичной длины, а от каждой вершины, смежной с «центральной», отходят по два ребра длины 3.

Рис. 3.

Нетрудно видеть, что функция Головача для дерева Т выглядит следующим образом:

{3, 0 < е < 0.25,

2, 0.25 < е < 2,

1, 2 < е.

3. Малые шевеления длин рёбер деревьев с вырожденной функцией Головача. Предварительно докажем вспомогательное утверждение.

Лемма 3. Пусть Т' получается из дерева Т уменьшением длины ребра е Є ЕТ на величину а > 0, меньшую длины е. Тогда ет'(к) < ет(к) для любого к.

Доказательство. Пусть е = (а, 6), е' = (а', 6') —соответствующее ему ребро Т': р(а, 6) = р(а', 6') + а. Покажем, что на Т' возможна поимка к преследователями с радиусом ет(к). Поместим, для удобства обозначений, вершину с степени 2 на ребро е так, что р(с, 6) = а.

Рассмотрим произвольную программу П на Т для к преследователей, выигрывающую с радиусом поимки ет(к). Определим программу П', которая отличается от П в те моменты времени, когда один или несколько преследователей находятся на ребре (с, 6): любые перемещения по (с, 6) заменяются в программе П' стоянием в вершине 6'.

Программа П' — выигрывающая на Т' для к преследователей с радиусом поимки ет(к). □

Важным результатом является следующая

Теорема 4. Рассмотрим дерево Т, зафиксируем число преследователей к, выберем произвольное ребро е Є ЕО. Тогда ет (к) непрерывно зависит от длины ребра е при её малых изменениях в меньшую сторону.

Доказательство. Пусть е = (а, 6). Для достаточно малых 6 > 0 через Тй будем обозначать дерево, полученное из Т уменьшением ребра (а, 6) на 6. Соответствующие а и 6 вершины в дереве Тй обозначим через ай и 6й, єй = (ай, 6й), р(ай, 6й) = р(а, 6) — 6.

По лемме 3 етг (к) < ет (к) и етг (к) < етг (к) для любых достаточно малых 61 > 62 > 0.

При 6 ^ 0 деревья Тй сходятся к дереву Т в том смысле, что Т и Тй имеют одинаковую комбинаторную схему, р(ай, 6й) й-^-° р(а, 6), а остальные рёбра совпадают, поэтому величина етг (к) при 6 ^ 0 (к фиксировано) не убывает и ограничена сверху. Тогда

обозначим предел Ііт етг (к) через е°. Понятно, что етг (к) < е° < ет (к). Первое нера-

й^°

венство указывает на возможность поимки к преследователями на дереве Тй с радиусом поимки е°.

Предположим, что второе неравенство выполняется как строгое: е° < ет (к), т. е. радиуса поимки е° недостаточно для поимки к преследователями на дереве Т. Рассмотрим такое малое 6 (6 < р(а, 6)), что е° + 6 < ет (к). Поместим вершину с степени 2 на ребро е на расстоянии 6 от вершины 6. Для дерева Тй существует выигрывающая программа Пй для к преследователей с радиусом поимки е°. Построим программу П, «расширив» программу Пй на Т следующим образом:

1) если Xй(0) = 6й в программе Пй, тогда ж*(0) := 6 в программе П;

2) если преследователь Р* «входит» в вершину 6й в момент і по ребру єй, т. е. Xй (і) = 6й, Xй(£) Є єй для £ Є [і — а,і), где а > 0 достаточно мало, тогда в программе П і-й

преследователь в момент, соответствующий £, переходит в вершину с, затем, в то время как остальные преследователи стоят на месте, в вершину Ь с максимальной скоростью;

3) если преследователь Р* «выходит» из вершины Ьг в момент £ на ребро ег, т. е.

(£) = Ьг, (£) € ег для £ € (£, £ — а], где а > 0 достаточно мало, тогда в программе П

г-й преследователь в момент, соответствующий £, переходит в вершину Ь и продолжает движение в вершину с с максимальной скоростью, в то время как остальные преследователи стоят на месте.

Если в вершине Ь^ находятся одновременно несколько преследователей, то необходимые дополнительные перемещения они выполняют последовательно.

Пусть в программу П таким образом добавлены интервалы [£ 1,£ 1 + 6], [£2,^2 + 6], . . . , [£п, £п + 6], и во все эти моменты один из преследователей перемещается по (с, Ь) в ту или иную сторону, а остальные преследователи стоят на своих местах, вся программа П определена на [0, т], она «длиннее» программы Пг на п6.

Пусть преследователи, двигаясь по программе П, обладают радиусом поимки £о + 6. По определению £т(к) и построению 6 поимка к преследователями на Т с радиусом £о+6 невозможна, значит, существует уклонение убегающего у, что € [0, т] выполнено

р(ж*(£), у(£)) > £о + 6. Пусть шш р(ж*(£), у(£)) > £о + 6 + 0, т. е. убегающий гарантирует

*е[0,г ]

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

«зазор» между своей позицией и областью достижимости преследователей не менее 0.

Выберем 0 < Л < 0. Используем уклонение убегающего у для построения траектории убегающего уг на Тг.

1. Все движения убегающего по ребру (с, Ь) в траектории у заменяются в уг на стояние в точке Ьг.

2. Все движения, совершаемые убегающим в интервале [£ 1, £ 1 + 6 + Л] в траектории у, убегающий реализует в траектории уг с возросшей скоростью за время Л.

Теперь покажем, что построенная траектория убегающего уг позволяет уклониться от поимки на Тг при использовании преследователями программы Пг и радиуса поимки

£о.

Действительно, дерево Т отличается от Тг длиной одного ребра, но траектория убегающего у строилась на Т для уклонения от поимки преследователями, обладающими радиусом поимки £о + 6, при этом убегающий гарантировал себе «зазор» не меньше 0, а на дереве Тг расстояние между убегающим и преследователем сокращается на 6 лишь тогда, когда они находятся «по разные стороны» от ребра (с, Ь) на дереве Т.

В те периоды времени, когда уг строится как «ускоренная» часть траектории у, убегающий также не будет пойман, так как преследователи за время Л могут приблизиться к убегающему не более, чем на Л < 0. □

Докажем ещё одно утверждение для деревьев, отличающихся лишь одним ребром.

Лемма 4. Пусть функция Головача для дерева Т имеет неединичный скачок в точке £ для к преследователей, дерево Т' получено из дерева Т уменьшением длины ребра е € ЕТ на величину а > 0, меньшую длины е. Тогда £т'(к) = £т(к).

Доказательство. Предположим противное, £Т/(к) = £ < £Т(к). Пусть е = (а, Ь), е' = (а7, Ь'), е' короче ребра е на а. Тогда рассмотрим следующую программу группы к + 1 преследователей на Т. Преследователь Рк+1 становится в вершину а, преследователи Р1,..., Рк очищают ветви, отходящие от а не по ребру (а, Ь) с радиусом £'. Это возможно, так как рассмотренные ветви в дереве Т не отличаются от ветвей, отходящих от а' в дереве Т'. Затем Рк+1 переходит из а по ребру е в вершину Ь, преследователи Р1,..., Рк очищают ветви, отходящие от Ь. Указанная программа — выигрывающая для

к + 1 преследователей на Т с радиусом поимки е', что противоречит нетривиальности скачка функции Головача для дерева Т в точке е. □

Теперь мы можем доказать основной результат этого пункта.

Теорема 5. Для произвольного дерева Т можно построить дерево Т ' с той же комбинаторной схемой, длины рёбер которого отличаются от длин соответствующих рёбер Т на сколь угодно малую величину, и функция Головача Т' имеет только единичные скачки.

Доказательство. Пусть дерево Т имеет неединичные скачки. Выберем «самый правый» скачок: пусть

ет(1 + в) < ет(1 + в — 1) = ... = ет(1 + 1) = ет(1) < ет(1 — 1),

а для всех е > ет(1) скачки функции Головача для дерева Т единичные. Выберем 0 < а < ві(Т), где ві(Т) = тіп{ет(к — 1) — ет(к) : к = 2,..., в(Т), ет(к) < ет(к — 1)} — наименьшая длина «ступеньки» функции Головача. Рассмотрим «плохой» путь длины 2ет(1) на Т, построим дерево Т', укоротив произвольное ребро (а, 6) этого пути на такое 6 > 0, 6 < р(а, 6), чтобы:

1) для полученного Т ' и дерева Т выполнялось соотношение ет (к) — ет' (к) < а, к = 1,. .., 1 — 1 —выбор 6, удовлетворяющий этому условию, возможен по теореме 4;

2) для всех путей (^1,..., £„), содержащих (а, 6), длины которых не равны 2ет(1), длины соответствующих им путей в Т ' так же не равны 2ет (1) — это условие гарантирует, что новые «плохие» пути длины 2ет(1) в построенном дереве не появятся.

При этом по лемме 4

ет' (1) = ет(1).

Далее,

ет(1 — 1) — ет'(1 — 1) < а < ет(1 — 1) — ет(1).

Значит,

ет' (1) < ет' (1 — 1).

Рассмотрим к Є {1,...,1 — 1}; выбор а гарантирует, что а < ет (к) — ет (к + 1), значит,

ет' (к +1) < ет(к + 1) < ет(к) — а < ет' (к)

(первое неравенство вытекает из леммы 3, второе — из первого условия выбора 6). Значит, ет'(к +1) < ет' (к), к Є {1,..., 1 — 1} — новые скачки для е > ет(1) не возникнут.

Таким образом, либо ет'(1 + 1) < ет'(1), в этом случае скачки функции Головача для всех е > ет'(1 + 1) единичные, либо ет'(1 + 1) = ет'(1), в точке ет'(1) происходит нетривиальный скачок, но при всех е > ет' (1) скачки функции Головача для дерева Т ' единичные.

Число «плохих» путей длины 2ет (1) на дереве Т' конечно (и хотя бы на один «плохой» путь меньше, чем в Т). Повторим процедуру для Т , на некотором шаге либо будет выполнено строгое неравенство между минимальными радиусами поимки для 1 и 1 +1 преследователей, либо все «плохие» пути будут исправлены, что в силу теоремы 1 гарантирует единичный скачок функции Головача в точке 2ет(1).

Тогда следует перейти к рассмотрению неединичных скачков уменьшенного дерева для меньших е < ет' (1 + 1). □

Литература

1. Абрамовская Т. В., Петров Н. Н. О некоторых задачах гарантированного поиска на графах // Вестн. СПбГУ. Сер. 1. 2010. Вып. 2. С. 63-70.

2. Абрамовская Т. В. Нетривиальные разрывы функции Головача для деревьев // Вестн. СПбГУ. Сер. 1. 2010. Вып. 3. С. 3-13.

3. Головач П. А. Об одной экстремальной задаче поиска на графах // Вестн. ЛГУ. Сер. 1. 1990. Вып. 3. С. 16-21.

Статья поступила в редакцию 7 октября 2010 г.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.