Chào mừng bạn • Luyện thi trắc nghiệm trực tuyến
Toán học • Lớp 11Chuyên đề học tập42 câu hỏi có lời giải
Tất cả chuyên đề →

Bài Tập Trắc Nghiệm Chuyên Đề: Chuyên đề: lí thuyết đồ thị (Toán học Lớp 11)

Tuyển tập 42 câu hỏi thuộc chuyên đề Chuyên đề: lí thuyết đồ thị (Chuyên đề học tập – Toán học Lớp 11) trích từ ngân hàng đề thi chính thức và đề thi thử các trường THPT trên toàn quốc. Chọn trực tiếp đáp án A, B, C, D bên dưới để kiểm tra kết quả và xem hướng dẫn giải chi tiết từng bước.

Dấu hiệu & kiến thức trọng tâm:đỉnh/cạnhEulerHamiltonđường ngắn nhất
Một người dân Bắc Ninh đang ở xã A và cần chuyển hàng hóa gấp tới địa chỉ ở 4 xã B, C, D, E trong tỉnh. Người này thuê xe ô tô để đi và xuất phát từ xã A lần lượt đi qua các xã còn lại (mỗi xã đi qua một lần duy nhất) rồi quay trở về xã ban đầu với thời gian (đơn vị: phút) đi giữa các xã cho như hình vẽ. Biết giá thuê xe theo thỏa thuận là 750000 đồng/giờ và không thay đổi khi đi. Chi phí tiền thuê xe thấp nhất bao nhiêu nghìn đồng để người này xong công việc của mình?

Hình từ đề gốc
Đáp án đúng: Tự luận
(AI giải đề cho tôi)
Từ hình vẽ, các cạnh và thời gian (phút): , , , , , , , . Cần tìm chu trình Hamilton xuất phát từ đi qua , , , mỗi xã đúng một lần rồi quay về với tổng thời gian nhỏ nhất. Liệt kê các chu trình (không phân biệt hai chiều): : phút. : phút. : phút. : phút. : phút. : phút. : phút. : phút. : phút. : phút. : phút. : phút. Vậy chu trình ngắn nhất là (và chiều ngược lại) với tổng thời gian phút giờ. Chi phí thuê xe nhỏ nhất: đồng nghìn đồng. Kết quả khớp với đáp án nguồn (700).
Một người dân Bắc Ninh đang ở xã A và cần chuyển hàng hóa gấp tới địa chỉ ở 4 xã B, C, D, E trong tỉnh. Người này thuê xe ô tô để đi và xuất phát từ xã A lần lượt đi qua các xã còn lại (mỗi xã đi qua một lần duy nhất) rồi quay trở về xã ban đầu với thời gian (đơn vị: phút) đi giữa các xã cho như hình vẽ. Biết giá thuê xe theo thỏa thuận là 750000 đồng/giờ và không thay đổi khi đi. Chi phí tiền thuê xe thấp nhất bao nhiêu nghìn đồng để người này xong công việc của mình?

[Hình cần kiểm tra lại: p3_f2]
Đáp án đúng: Tự luận
(AI giải đề cho tôi)
Từ hình vẽ, các cạnh và thời gian (phút): , , , , , , , . Lưu ý không có cạnh nối trực tiếp với . Cần tìm chu trình Hamilton xuất phát từ , qua mỗi xã đúng một lần rồi về với tổng thời gian nhỏ nhất. Xét các chu trình khả dĩ (không dùng cạnh vì không tồn tại):
- : ;
- : ;
- : ;
- : ;
- : ;
- : ;
- : ;
- : ;
- : ;
- : ;
- : ;
- : .

Chu trình ngắn nhất là với tổng thời gian phút giờ. Chi phí thuê xe thấp nhất: đồng nghìn đồng. Kết quả khớp với đáp án nguồn ().
Cho bảy điểm có là hình chữ nhật, là trung điểm , độ dài các cạnh được ghi trên hình vẽ (đơn vị độ dài). Hình từ đề gốc Một trò chơi được quy định như sau: xuất phát từ một điểm bất kỳ trong bảy điểm trên đi qua hết tất cả các cạnh trên hình vẽ mỗi cạnh ít nhất một lần rồi quay lại điểm xuất phát. Người chơi là người thắng cuộc nếu tổng độ dài đường đi là ngắn nhất. Tính tổng độ dài đường đi đó.
Đáp án đúng: 102
(AI giải đề cho tôi)
Đây là bài toán người đưa thư Trung Hoa (Chinese Postman) trên đồ thị vô hướng. Các cạnh của hình vẽ: , , , (vì là hình chữ nhật), ( là trung điểm ), , , , , , . Tổng độ dài tất cả các cạnh: . Xét bậc của từng đỉnh: nối với → bậc 4; nối với → bậc 4; nối với → bậc 4; nối với → bậc 4; nối với → bậc 2; nối với → bậc 4; nối với → bậc 2. Mọi đỉnh đều có bậc chẵn nên đồ thị có chu trình Euler: tồn tại đường đi khép kín đi qua mỗi cạnh đúng một lần. Vậy tổng độ dài đường đi ngắn nhất bằng tổng độ dài các cạnh, tức .
Một người đưa thư xuất phát từ bưu điện (vị trí A) và phải đi qua các con đường để phát thư rồi quay lại bưu điện. Sơ đồ các con đường cần đi qua và độ dài của chúng (tính theo mét) được biểu diễn ở hình vẽ dưới. Độ dài đường đi ngắn nhất của người đó là bao nhiêu mét?

Hình từ đề gốc
Đáp án đúng: 7700
(AI giải đề cho tôi)
Tổng độ dài các cạnh: , tổng m. Bậc các đỉnh: , , , , , . Chỉ có hai đỉnh bậc lẻ là và , nên theo bài toán người đưa thư (Chinese Postman) phải lặp lại đường đi ngắn nhất từ đến . Các phương án: ; ; ; ; . Ngắn nhất là m. Đáp số: m.
Anh Hà đang ở địa điểm và cần chuyển hàng hóa tới bốn địa điểm . Anh Hà xuất phát từ và lần lượt đi qua các địa điểm còn lại (mỗi địa điểm đi qua một lần duy nhất) rồi quay về . Biết thời gian (đơn vị: phút) di chuyển giữa các điểm được mô tả bởi sơ đồ như hình bên dưới và thời gian giao hàng tại mỗi nơi đều là 5 phút. Thời gian ít nhất để anh Hà hoàn thành công việc là

Hình từ đề gốc
Đáp án đúng: B
Ta coi như đây là hình chóp E.ABCD, khi xuất phát từ A và kết thúc tại A thì tương đương với việc bắt đầu từ một điểm thuộc đáy và trong quá trình di chuyển phải đi qua đỉnh hình chóp. Nên ta sẽ luôn bỏ qua một cạnh đáy và hai cạnh bên đối diện với cạnh đáy đó. Ví dụ: chu trình ABCDEA thì ta bỏ qua AD và BE với BC. Suy ra để thời gian di chuyển ngắn nhất thì lấy tổng thời gian đi trừ đi thời gian đi ba cạnh trên. Mà có 4 cạnh đáy nên xét 4 trường hợp (AD; BE; CE), (AB; DE; CE) …. Tổng thời gian di chuyển trên tất cả các cạnh của sơ đồ là phút. Trong các trường hợp trên thì trường hợp bỏ (AD; BE; CE) có tổng thời gian ba cạnh bị bỏ lớn nhất: phút, nên thời gian di chuyển ít nhất là phút. Cộng thêm thời gian giao hàng tại 4 địa điểm : phút. Vậy thời gian ít nhất để anh Hà hoàn thành công việc là phút.

Lưu ý: lời giải gốc trong tài liệu kết luận 56 phút nhưng đã quên cộng thời gian giao hàng (20 phút), nên đáp án đúng theo tính toán đầy đủ là 76 phút (B).
Anh Hà đang ở địa điểm và cần chuyển hàng hóa gặp tới bốn địa điểm . Anh Hà xuất phát từ và lần lượt đi qua các địa điểm còn lại (mỗi địa điểm đi qua một lần duy nhất) rồi quay về A. Biết thời gian (đơn vị: phút) di chuyển giữa các điểm được mô tả bởi sơ đồ như hình bên dưới và thời gian giao hàng tại mỗi nơi đều là 5 phút. Thời gian ít nhất để anh Hà hoàn thành công việc là

Hình từ đề gốc
Đáp án đúng: B
(AI giải đề cho tôi)
Từ sơ đồ, các cạnh có: AB=16, AE=7, AD=18, BE=23, BC=13, CE=15, CD=12, DE=8. Thời gian giao hàng tại 4 điểm là 4·5=20 phút. Xét các chu trình Hamilton xuất phát và kết thúc tại A (chu trình thuận và nghịch cùng giá trị):
- A→B→C→D→E→A: 16+13+12+8+7 = 56 phút di chuyển.
- A→B→C→E→D→A: 16+13+15+8+18 = 70.
- A→B→E→C→D→A: 16+23+15+12+18 = 84.
- A→B→E→D→C→A: 16+23+8+12+12? kiểm tra lại: BE=23, ED=8, DC=12, CA không có cạnh trực tiếp nên chu trình này không hợp lệ (A chỉ nối B, E, D).
- A→C→D→E→B→A: 13+12+8+23+16 = 72.
- A→D→C→B→E→A: 18+12+13+23+7 = 73.
- A→D→E→C→B→A: 18+8+15+13+16 = 70.
- A→E→D→C→B→A: 7+8+12+13+16 = 56.
Thời gian di chuyển nhỏ nhất là 56 phút, cộng thêm 20 phút giao hàng: 56+20 = 76 phút. Đáp án B.
Giả sử có sáu bến xe buýt , , , , và được nối với nhau theo những con đường với thời gian di chuyển (đơn vị: giờ) được mô tả trong hình bên. Một người cần ít nhất bao nhiêu thời gian để di chuyển từ bến đến bến bằng xe buýt của các tuyến trên? Biết rằng thời gian tại bến để chuyển tiếp từ tuyến này qua tuyến kia là không đáng kể.

[Hình cần kiểm tra lại: p3_f1]
Đáp án đúng: B
(AI giải đề cho tôi)
Từ hình vẽ, các cạnh có trọng số: , , , , , , , , . Xét các đường đi từ đến :
- : .
- : .
- : .
- : .
- : .
- : .
Thời gian ngắn nhất là giờ theo đường . Vậy chọn đáp án B.
Một anh phục vụ bàn đang phục vụ trong một khu vực có 4 bàn đặt tại với khoảng cách (được tính theo đơn vị mét) được ghi như các trọng số của các cạnh trong hình bên. Anh nhân viên này xuất phát từ một bàn và phải đi qua tất cả các bàn và phải quay về vị trí ban đầu, mỗi bàn chỉ được đi qua một lần (trừ lần trở về bàn ban đầu). Hỏi quãng đường ngắn nhất để anh nhân viên thực hiện được công việc là bao nhiêu mét?

Hình từ đề gốc
Đáp án đúng: B
(AI giải đề cho tôi)
Đây là bài toán tìm chu trình Hamilton ngắn nhất trên đồ thị với các cạnh: , , , , , . Xét các chu trình xuất phát từ (do tính đối xứng, chỉ cần 3 chu trình):
- : .
- : .
- : .
Vậy quãng đường ngắn nhất là mét (chu trình hoặc chiều ngược lại).
Một anh phục vụ bàn đang phục vụ trong một khu vực có 4 bàn đặt tại với khoảng cách (được tính theo đơn vị mét) được ghi như các trọng số của các cạnh trong hình bên. Anh nhân viên này xuất phát từ một bàn và phải đi qua tất cả các bàn và phải quay về vị trí ban đầu, mỗi bàn chỉ được đi qua một lần (trừ lần trở về bàn ban đầu). Hỏi quãng đường ngắn nhất để anh nhân viên thực hiện được công việc là bao nhiêu mét?

Hình từ đề gốc
Đáp án đúng: D
(AI giải đề cho tôi)
Đây là bài toán chu trình Hamilton (người bán hàng). Các cạnh: . Xét các chu trình qua 4 đỉnh xuất phát từ :
- :
- :
- :
- :
- :
- :

Quãng đường ngắn nhất là mét (chu trình hoặc ). Vậy chọn đáp án D.
Có năm địa điểm A, B, C, D, E được nối với nhau theo những con đường với độ dài (đơn vị là kilômét) được mô tả bằng đồ thị có trọng số ở hình vẽ dưới đây. Một người giao hàng đi giao hàng bắt đầu xuất phát từ địa điểm A đến các địa điểm còn lại và phải đi qua tất cả các con đường sau đó quay trở về địa điểm A. Hỏi người đó phải đi quãng đường ngắn nhất là bao nhiêu kilômét?

Hình từ đề gốc
Đáp án đúng: 41
(AI giải đề cho tôi)
Đây là bài toán người đưa thư Trung Hoa (Chinese Postman). Từ hình vẽ trang 6, đồ thị có các cạnh: , , , , , (cạnh thẳng đứng), (đường chéo), và cạnh cong ngoài . Tổng trọng số các cạnh: km. Xét bậc các đỉnh: bậc 3 (các cạnh , , cạnh cong ) — lẻ; bậc 4 — chẵn; bậc 2 — chẵn; bậc 3 (các cạnh , , ) — lẻ; bậc 4 — chẵn. Vậy chỉ có hai đỉnh bậc lẻ là và , nên cần lặp lại con đường ngắn nhất nối với . Đường đi ngắn nhất từ đến : có độ dài (so sánh: ; ). Quãng đường ngắn nhất km. Hành trình cụ thể đạt 41 km: đi cạnh (lặp lại một lần) và mỗi cạnh còn lại đúng một lần, ví dụ ... tổng bằng . Kết quả khớp với đáp án nguồn: 41.
Có năm địa điểm A, B, C, D, E được nối với nhau theo những con đường với độ dài (đơn vị là kilômét) được mô tả bằng đồ thị có trọng số ở hình vẽ dưới đây. Một người giao hàng đi giao hàng bắt đầu xuất phát từ địa điểm A đến các địa điểm còn lại và phải đi qua tất cả các con đường sau đó quay trở về địa điểm A. Hỏi người đó phải đi quãng đường ngắn nhất là bao nhiêu kilômét?

Hình từ đề gốc
Đáp án đúng: 41
(AI giải đề cho tôi)
Bài toán tìm chu trình Euler có trọng số nhỏ nhất (bài toán người đưa thư Trung Hoa). Các cạnh: , (cung), , , , , , . Tổng trọng số tất cả các cạnh: . Bậc các đỉnh: có bậc (, , ) lẻ; có bậc chẵn; có bậc chẵn; có bậc (, , ) lẻ; có bậc chẵn. Hai đỉnh bậc lẻ là và , nên cần lặp lại con đường ngắn nhất từ đến . Đường đi ngắn nhất đến : –– (so với –– hay ). Tổng quãng đường ngắn nhất km.
Câu 4. (5 điểm) Trong một giải cờ vua, có 20 vận động viên tham gia. Mỗi vòng, các vận động viên được chia thành 10 cặp thi đấu với nhau. Hai vận động viên bất kỳ thi đấu với nhau không quá một lần. Tìm số nguyên dương lớn nhất thỏa mãn: Sau 4 vòng đấu, bất kể cách chia cặp đấu ra sao, có thể chắc chắn chọn ra vận động viên đôi một chưa từng thi đấu với nhau?
Đáp án đúng: Tự luận
(AI giải đề cho tôi)
Biểu diễn bài toán bằng lý thuyết đồ thị: 20 vận động viên là 20 đỉnh; hai đỉnh kề nhau nếu hai người đã thi đấu với nhau. Mỗi vòng đấu là một ghép cặp hoàn hảo (perfect matching) gồm 10 cạnh; sau 4 vòng ta được đồ thị đều bậc 4 trên 20 đỉnh, là hợp của 4 ghép cặp hoàn hảo, không có cặp cạnh lặp. Cần tìm lớn nhất sao cho mọi đồ thị như vậy đều có tập độc lập (các đỉnh đôi một không kề) cỡ ít nhất .

BƯỚC 1: Chứng minh mọi cách đấu đều cho phép chọn được 5 người đôi một chưa từng gặp nhau, tức .

Giả sử ngược lại . Xét đồ thị bổ : là đồ thị 15-chuẩn trên 20 đỉnh nên có cạnh. Điều kiện tức , nghĩa là không chứa . Theo định lý Turán, số cạnh lớn nhất của đồ thị trên 20 đỉnh không chứa là Vậy đạt đúng số cạnh cực đại, suy ra chính là đồ thị Turán (đa phần hoàn chỉnh với 4 phần, mỗi phần 5 đỉnh), do đó là hợp rời của 4 đồ thị .

Nhưng điều này vô lý: trong một vòng đấu, các cặp đấu nội bộ một nhóm (5 người) tạo thành một ghép cặp trên 5 đỉnh nên gồm tối đa 2 cạnh, luôn còn ít nhất 1 người của nhóm phải đấu với người ngoài nhóm; trong khi không có cạnh nối giữa các nhóm. Mỗi vòng chỉ có tối đa 2 cạnh nội nhóm nên 4 vòng có tối đa 8 cạnh, nhỏ hơn 10 cạnh của . Mâu thuẫn. Vậy với mọi cách chia cặp.

BƯỚC 2: Xây dựng một lịch đấu 4 vòng cụ thể sao cho không chọn được 6 người đôi một chưa từng gặp, tức tồn tại cách đấu với .

Chia 20 người thành 5 nhóm , mỗi nhóm 4 người đánh số . Mỗi nhóm sẽ đấu đủ 6 cặp nội bộ (tạo thành một ); mỗi người còn đấu đúng 1 ván chéo với người của nhóm khác. Lịch cụ thể:

- Vòng 1 (A, B, C mỗi nhóm 2 ván nội bộ; D, E mỗi nhóm 1 ván nội bộ; 2 ván chéo):

- Vòng 2 (A, B, C mỗi nhóm 2 ván nội bộ; D, E mỗi nhóm 1 ván nội bộ; 2 ván chéo):

- Vòng 3 (A, B, C mỗi nhóm 1 ván nội bộ; D, E mỗi nhóm 2 ván nội bộ; 3 ván chéo):

- Vòng 4 (A, B, C mỗi nhóm 1 ván nội bộ; D, E mỗi nhóm 2 ván nội bộ; 3 ván chéo):


Kiểm tra tính hợp lệ:
- Mỗi vòng đúng 10 ván; mỗi người đấu đúng 1 ván mỗi vòng (kiểm tra từng vòng: mỗi tên xuất hiện đúng một lần).
- Nội bộ mỗi nhóm: 6 cặp (vòng 1 hoặc 3 tùy nhóm), , , — đủ 6 cặp của , mỗi cặp đúng một lần.
- Các ván chéo: mỗi người đúng 1 ván chéo, mọi ván chéo nối hai người khác nhóm, không ván nào lặp lại.

Vậy đây là một lịch đấu hợp lệ sau 4 vòng. Trong đồ thị tương ứng, mỗi nhóm là một nên một tập độc lập chứa tối đa 1 đỉnh từ mỗi nhóm, suy ra ; hiển nhiên . Do đó với cách chia cặp này không thể chắc chắn chọn 6 người đôi một chưa từng thi đấu.

KẾT LUẬN: Giá trị lớn nhất cần tìm là .
Câu 4. (5 điểm) Trong một giải cờ vua, có 20 vận động viên tham gia. Mỗi vòng, các vận động viên được chia thành 10 cặp thi đấu với nhau. Hai vận động viên bất kỳ thi đấu với nhau không quá một lần. Tìm số nguyên dương lớn nhất thỏa mãn: Sau 3 vòng đấu, bất kể cách chia cặp đấu ra sao, có thể chắc chắn chọn ra vận động viên đôi một chưa từng thi đấu với nhau?
Đáp án đúng: Tự luận
(AI giải đề cho tôi)
Biểu diễn bài toán bằng đồ thị: 20 đỉnh là 20 vận động viên, nối cạnh giữa hai người đã thi đấu với nhau. Mỗi vòng mọi người đều đấu nên sau 3 vòng mỗi đỉnh có bậc đúng 3 (đồ thị 3-chính trên 20 đỉnh, có 60 cạnh). Cần tìm lớn nhất sao cho mọi đồ thị như vậy đều chứa một tập độc lập (các đỉnh đôi một không kề) cỡ .

**Bước 1: Chắc chắn chọn được 5 người.** Chọn tập độc lập tham lam: chọn một đỉnh bất kỳ, loại bỏ nó cùng tất cả các đỉnh kề với nó. Vì mỗi đỉnh chỉ kề với đúng 3 đỉnh khác, mỗi bước loại đi nhiều nhất 4 đỉnh. Sau nhiều nhất bước, mọi đỉnh đã bị loại, và các đỉnh đã chọn đôi một không kề. Vậy luôn chọn được ít nhất người đôi một chưa từng đấu với nhau.

**Bước 2: Không thể đảm bảo 6 người — dựng cách chia cặp phản ví dụ.** Chia 20 vận động viên thành 5 nhóm 4 người. Trong mỗi nhóm, cho 4 người đấu đủ 3 vòng tương ứng 3 cách ghép cặp hoàn hảo của : vòng 1: (1-2),(3-4); vòng 2: (1-3),(2-4); vòng 3: (1-4),(2-3). Khi đó mỗi người đấu đúng 3 trận, hai người bất kỳ không đấu quá một lần, thỏa mãn đề bài. Trong mỗi nhóm 4 người, mọi cặp đều đã đấu với nhau, nên những người 'chưa từng đấu với nhau' phải thuộc các nhóm khác nhau, do đó chọn được nhiều nhất 1 người từ mỗi nhóm, tức nhiều nhất 5 người. Vậy có cách chia cặp mà không thể chọn 6 người đôi một chưa từng thi đấu.

**Kết luận:** Số nguyên dương lớn nhất cần tìm là .
Một câu lạc bộ có 99 thành viên, trong đó có một số cặp quen biết nhau (quan hệ quen biết có tính hai chiều). Giả sử số lượng người quen của mỗi thành viên trong câu lạc bộ đều từ 81 đến 90.

a) Chứng minh rằng tồn tại 2 thành viên của câu lạc bộ có ít nhất 67 người quen chung.

b) Chứng minh rằng tồn tại 10 thành viên của câu lạc bộ cùng quen chung một người và có số lượng người quen bằng nhau.
Đáp án đúng: Tự luận
Coi mỗi thành viên là một đỉnh và nối hai đỉnh khi hai thành viên tương ứng quen nhau. Ta thu được một đồ thị vô hướng đơn có tập đỉnh , . Với , kí hiệu là tập các đỉnh kề với và . Theo giả thiết, với mọi .

a) Ta sẽ đếm các bộ , trong đó là hai đỉnh phân biệt cùng thuộc .
- Cố định , ta có số bộ là
- Mặt khác, với mỗi cặp , số cách chọn chính là .
Vì có cặp đỉnh nên tồn tại một cặp có số người quen chung ít nhất bằng

Số người quen chung là một số nguyên, do đó cặp này có ít nhất 67 người quen chung.

b) Giả sử ngược lại rằng không tồn tại 10 đỉnh có cùng bậc và có một đỉnh kề chung. Khi đó không thể có trường hợp mọi đỉnh đều có bậc 81, vì khi đó tổng các bậc bằng là một số lẻ, trái với bổ đề bắt tay. Do đó tồn tại một đỉnh có .
Với mỗi , tập chứa nhiều nhất 9 đỉnh bậc ; nếu không, ta có ngay 10 đỉnh cùng bậc và cùng kề với . Vì

trong phải có một đỉnh bậc 90.
Xét tập gồm 90 đỉnh. Với mỗi , tập này chứa nhiều nhất 9 đỉnh bậc . Có đúng 10 giá trị có thể của , nên phải chứa đúng 9 đỉnh thuộc mỗi bậc . Đặc biệt, chứa 9 đỉnh bậc 90. Cùng với , ta được một tập gồm 10 đỉnh, tất cả đều có bậc 90.
Với mỗi , trong 99 đỉnh có đúng đỉnh không kề với , kể cả . Do đó có không quá đỉnh không kề với ít nhất một đỉnh của . Vì thế có ít nhất đỉnh kề với mọi đỉnh của nên có 10 đỉnh của có cùng bậc và có đỉnh kề chung, mâu thuẫn với phản chứng.
Vậy tồn tại 10 thành viên có cùng số lượng người quen và cùng quen chung một người.
Có một vùng biển gồm 300 hòn đảo. Người ta xây dựng cây cầu; mỗi cây cầu nối trực tiếp hai hòn đảo với nhau, và giữa hai hòn đảo có không quá một cây cầu.
(1) Tìm số lượng cây cầu lớn nhất có thể xây dựng, biết rằng tồn tại ít nhất một tuyến du lịch khép kín đi qua tất cả các cây cầu, mỗi cây cầu đúng một lần; một hòn đảo có thể được đi qua nhiều lần.
(2) Các hòn đảo được phân cho 5 vương quốc khác nhau quản lí, mỗi hòn đảo do đúng một vương quốc quản lí. Hệ thống cầu có tính chất: mọi tuyến du lịch khép kín đều phải đi qua các hòn đảo thuộc đủ cả 5 vương quốc. Hỏi tổng số cây cầu có thể vượt quá 398 hay không?
Đáp án đúng: Tự luận
Ta mô hình hóa bài toán bằng một đồ thị đơn , trong đó mỗi đỉnh tương ứng với một hòn đảo và mỗi cạnh tương ứng với một cây cầu. Khi đó và .
(1) Trước hết ta sẽ chứng minh bổ đề (định lí Euler):

Bổ đề 0.1. Một đồ thị vô hướng liên thông có chu trình Euler, tức là đi qua tất cả các cạnh đúng một lần và quay về đỉnh xuất phát khi và chỉ khi mọi đỉnh của đồ thị đều có bậc chẵn.

Chứng minh. Trước hết, giả sử tồn tại một đường đi khép kín đi qua mỗi cạnh đúng một lần. Mỗi lần đường đi đi đến một đỉnh thì nó cũng rời đỉnh đó bằng một cạnh khác; đồng thời điểm đầu cũng là điểm cuối. Vì mỗi cạnh được dùng đúng một lần nên số cạnh kề với mỗi đỉnh là chẵn. Do đó mọi đỉnh đều có bậc chẵn.
Ngược lại, giả sử mọi đỉnh có bậc chẵn và tất cả các đỉnh có bậc dương thuộc cùng một thành phần liên thông. Chọn một đỉnh có bậc dương và bắt đầu đi từ , tại mỗi bước chọn một cạnh chưa dùng kề với đỉnh hiện tại.
Để ý ta không thể dừng tại một đỉnh . Thật vậy, mỗi lần đã đến rồi rời thì có hai cạnh kề với được dùng. Nếu hiện tại vừa đến mà không còn cạnh chưa dùng để đi tiếp thì số cạnh đã dùng kề với là lẻ, trong khi chẵn, vô lí. Tiếp tục đi cho đến khi không thể đi tiếp. Vì hữu hạn nên quá trình phải dừng, và theo lập luận trên, đỉnh dừng phải là . Do đó ta thu được một đường đi khép kín không lặp cạnh.
Nếu đã chứa tất cả các cạnh thì ta có điều phải chứng minh. Nếu chưa, vì tất cả các đỉnh có bậc dương thuộc cùng một thành phần liên thông nên tồn tại một đỉnh của kề với một cạnh chưa dùng. Bắt đầu từ và chỉ đi qua các cạnh chưa dùng; lập luận như trên cho ta một đường đi khép kín bắt đầu và kết thúc tại . Bổ sung thêm vào tại , ta được một đường đi khép kín dài hơn và vẫn không lặp cạnh. Lặp lại quá trình này; vì hữu hạn nên sau hữu hạn bước ta thu được một đường đi khép kín đi qua tất cả các cạnh đúng một lần.

Trở lại bài toán ban đầu: Vì tồn tại một đường đi khép kín đi qua mỗi cạnh đúng một lần nên theo chiều thuận của định lí Euler, mỗi đỉnh của đều có bậc chẵn.
Vì là đồ thị đơn có 300 đỉnh nên với mọi . Do chẵn nên .
Theo bổ đề bắt tay, ta có , suy ra .
Giờ ta chỉ ra cách xây dựng thỏa mãn .
Đặt và lấy tất cả các cạnh của đồ thị đầy đủ trên , ngoại trừ 150 cạnh

Khi đó mỗi đỉnh có bậc 298. Hơn nữa, đồ thị này liên thông. Thật vậy, nếu hai đỉnh không kề nhau thì chúng là hai đầu mút của một trong 150 cạnh đã bỏ. Lấy bất kì , khi đó cả và đều là cạnh của đồ thị, nên ta có đường đi .
Vì mọi đỉnh đều có bậc chẵn và đồ thị liên thông nên theo định lí Euler, tồn tại một đường đi khép kín đi qua mỗi cạnh đúng một lần, và số cạnh của đồ thị là

Vậy .
(2) Trước hết ta có bổ đề sau:

Bổ đề 0.2. Nếu một đồ thị không chứa chu trình thì .

Chứng minh. Ta quy nạp theo . Với thì hiển nhiên.
Giả sử . Ta chứng minh rằng có một đỉnh bậc không quá 1. Thật vậy, giả sử ngược lại mọi đỉnh đều có bậc ít nhất 2. Chọn một đường đi đơn

có số cạnh lớn nhất. Vì , ngoài còn có một đỉnh kề với .
Nếu thì là đường đi đơn dài hơn, mâu thuẫn cách chọn đường đi.
Do đó với một . Khi ấy là một chu trình, cũng mâu thuẫn.
Vậy tồn tại một đỉnh có .
Xóa đỉnh cùng các cạnh kề với . Đồ thị còn lại không chứa chu trình và có đỉnh, nên theo giả thiết quy nạp có nhiều nhất cạnh. Vì , ta có

Bổ đề được chứng minh theo nguyên lý quy nạp.

Trở lại bài toán ban đầu: Gọi là tập các đỉnh thuộc vương quốc thứ với . Trước hết, nếu có một vương quốc không quản lí hòn đảo nào thì không thể chứa chu trình nào, bởi một chu trình như vậy không đi qua hòn đảo thuộc vương quốc đó. Khi ấy theo bổ đề trên, , nên kết luận hiển nhiên.
Vì vậy, ta chỉ cần xét trường hợp cả 5 vương quốc đều quản lí ít nhất một hòn đảo.
Đặt . Khi đó với mọi và .
Với mỗi , ta bỏ khỏi tất cả các đỉnh thuộc cùng các cạnh kề với các đỉnh đó. Gọi đồ thị còn lại là và gọi là số cạnh của .
Theo giả thiết, không chứa chu trình. Thật vậy, nếu chứa một chu trình thì chu trình đó cũng là một chu trình của và không đi qua bất kì đỉnh nào thuộc , tức là không đi qua hòn đảo nào của vương quốc thứ , trái với giả thiết.
Đồ thị có đỉnh nên theo bổ đề, . Cộng lại ta được

Xét một cạnh của .
- Nếu thuộc hai vương quốc khác nhau, chẳng hạn , với , thì cạnh bị xóa khỏi và , còn xuất hiện trong đúng ba đồ thị với .
- Nếu cùng thuộc một vương quốc thì cạnh chỉ bị xóa khỏi , nên xuất hiện trong bốn đồ thị với .
Vì vậy mỗi cạnh của được tính ít nhất ba lần trong tổng .
Do đó hay .
Vậy tổng số cây cầu không thể vượt quá 398.
Hằng năm, trường THPT M tổ chức các đoàn đi thăm hỏi và chúc Tết tứ thân phụ mẫu cao tuổi của cán bộ, giáo viên và nhân viên trong trường. Đoàn số 1 có nhiệm vụ đến thăm gia đình tại các địa điểm . Đoàn xuất phát từ trường THPT M, đến thăm đủ gia đình (mỗi gia đình đúng một lần). Sau khi thăm xong gia đình cuối cùng, đoàn kết thúc hành trình tại đó (không quay về trường). Do điều kiện giao thông dịp cuối năm, đoạn đường chỉ có thể đi theo chiều từ đến , không đi được theo chiều ngược lại (hình vẽ). Đoàn số 1 đã chọn được lộ trình di chuyển có tổng quãng đường di chuyển ngắn nhất. Tổng quãng đường ngắn nhất đó dài bao nhiêu km?

Sơ đồ đường đi câu 4 phần III
Đáp án đúng: 16
Xét các lộ trình hợp lệ xuất phát từ đi qua cả địa điểm (không đi theo chiều từ đến ), lộ trình ngắn nhất là với tổng quãng đường bằng .
Một người đưa thư xuất phát từ bưu điện (vị trí ) và phải đi qua các địa điểm để phát thư (mỗi địa điểm chỉ qua một lần) rồi quay lại bưu điện. Sơ đồ các địa điểm cần đi và thời gian (đơn vị: phút) di chuyển qua lại giữa các điểm được mô tả ở hình vẽ bên dưới. Thời gian đi ít nhất của người đưa thư là bao nhiêu phút?
[IMAGE:img_p3_q3]
Đáp án đúng: 99
Xét các chu trình xuất phát từ đi qua rồi về :
- : (phút).
- : (phút).
- : (phút).
Vậy thời gian đi ít nhất là phút.
Một nhân viên của thư viện tỉnh muốn lập kế hoạch giới thiệu nội dung chương trình “Kết nối bạn đọc yêu sách năm 2025” đến bốn trường học trong khu vực lân cận. Độ dài quãng đường giữa các địa điểm (đơn vị: kilômét) được mô tả trong hình vẽ sau:
[IMAGE:img_q19_graph]

Người nhân viên đó muốn xuất phát từ thư viện tỉnh và phải đi thăm cả bốn trường, mỗi trường chỉ đến đúng một lần, rồi quay trở về thư viện tỉnh. Tổng độ dài quãng đường đi (đơn vị: kilômét) thỏa mãn điều kiện trên nhận giá trị nhỏ nhất là bao nhiêu?
Đáp án đúng: 24
Xét các chu trình đi qua Thư viện () và trường :
- (hoặc ngược lại): .
- : .
- : .
Vậy tổng độ dài quãng đường nhỏ nhất là .
Một công ty vận tải cần giao hàng đến tất cả các thành phố (hình vẽ bên dưới). Chi phí di chuyển giữa các thành phố được mô tả trên hình. Xe giao hàng của công ty xuất phát từ một thành phố trong năm thành phố trên đi qua tất cả các thành phố còn lại đúng một lần sau đó trở lại thành phố ban đầu. Tìm chi phí thấp nhất của xe giao hàng.
[IMAGE:img_q18_graph]
Đáp án đúng: 53
Xét các chu trình đi qua tất cả thành phố rồi quay về điểm xuất phát:
- (hoặc ngược lại): .
- : .
- : .
Vậy chi phí thấp nhất là .
Một trò chơi điện tử quy định như sau: Có trụ với số lượng các thử thách trên đường đi giữa các cặp trụ được mô tả trong hình bên. Người chơi xuất phát từ một trụ nào đó, đi qua tất cả các trụ còn lại, mỗi khi đi qua một trụ thì trụ đó sẽ bị phá hủy và không thể quay trở lại trụ đó được nữa, nhưng người chơi vẫn phải trở về trụ ban đầu. Tổng số thử thách của đường đi thoả mãn điều kiện trên nhận giá trị nhỏ nhất là bao nhiêu?
[IMAGE:img_q20_graph]
Đáp án đúng: 45
Chu trình đi qua tất cả trụ và quay về trụ ban đầu có tổng số thử thách nhỏ nhất là (hoặc ngược lại) với tổng số thử thách là .

Đề thi có nhiều câu hỏi chuyên đề Chuyên đề: lí thuyết đồ thị

Luyện tập trong bối cảnh đề thi thật hoặc tải bản in PDF chuẩn A4 kèm lời giải.

Kho đề thi →

Các chuyên đề Toán học liên quan

Xem tất cả chuyên đề →