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Démonstration : 2 sommets de degrés égaux

Dans un graphe simple (non orienté sans boucle), il existe au moins deux sommets de degré égal.

ENFR

Théorème

Soit G=(V,E)G = (V, E) un graphe simple fini (sans boucle) possédant au moins deux sommets, VV l’ensemble des sommets et EE l’ensemble des arêtes. On appelle degré d’un sommet vv le nombre d’arêtes adjacentes à vv.

G possède au moins deux sommets de degré égal.

Démonstration

Nous allons démontrer le théorème par contradiction.

Soit v∈Vv \in V, on note n=∣V∣n = |V| le nombre de sommets.

D’après le théorème du degré d’un sommet, on a 0≤deg(v)≤n−10 \leq deg(v) \leq n-1.

Supposons par contradiction que tous les sommets de G ont des degrés différents.

L’ensemble des degrés DD des sommets est donc :

D={0,1,2,…,n−1}D = \{0,1,2, \ldots, n-1\}

Cependant, ce graphe ne peut pas avoir un sommet de degré n−1n-1 et un de degré 00.

En effet, supposons qu’un sommet uu existe tel que deg(u)=n−1deg(u) = n-1. Alors uu doit être connecté à n−1n-1 autres sommets.

Prenons pour exemple un graphe de 2 sommets. On a D={0,1}D = \{0,1\}, or, si v1v_1 a une arête, v1v_1 est forcément connecté à v2v_2, or v2v_2 doit ne pas avoir d’arête pour avoir un degré différent de v1v_1. Contradiction.

Nous avons donc soit :

  • D={0,1,2,…,n−2}D = \{0,1,2, \ldots, n-2\}
  • D={1,2,…,n−1}D = \{1,2, \ldots, n-1\}

Tel que ∣D∣=n−1|D| = n-1.

Par le principe des tiroirs de Dirichlet, nous avons ∣V∣=n|V| = n et ∣D∣=n−1|D| = n-1, donc il existe au moins deux sommets de degré égal.