151220129 计科 吴政亿
第一题
设随机变量X∼B(n,p1),Y∼B(n,p2),则有
P(X≥k)=∑ni=k(ni)pi1(1−p1)n−i
P(Y≥k)=∑ni=k(ni)pi2(1−p2)n−i
设σ均匀分布在[0,1]之间:
σ≤p1⇔Xi=1
σ≤p2⇔Yi=1
∵0<p1<p2<1,∴P(X≥k)≤P(Y≥k)
∴∑ni=k(ni)pi1(1−p1)n−i≤∑ni=k(ni)pi2(1−p2)n−i
第二题
置换ρ的第一个必定属于S(ρ),故S(ρ)非空。
对于∀v∈S(ρ),它的任意邻居节点w必定落后与它,
故w∉S(ρ) ,故S(ρ)为独立集。设随机变量Xi, Xi=1当且仅当Xi在独立集中,
Xi=0当且仅当Xi不在独立集中。设X为独立集中点的个数。
则有E(X)=E(∑ni=1Xi)=∑ni=1E(Xi)=∑ni=1P(Xi=1) ,
其中P(Xi=1)=1di+1,因为这个点是它邻居和它在ρ中第一个出现的。
代入有E(X)=∑ni=11di+1⇒P(X≥∑ni=11di+1)>0,问题得证。运用基本不等式,n1d1+1+1d2+1+...+1dn+1≤d1+d2+...+dnn,
∵d1+d2+...+dn=nk,∴∑ni=11di+1≥nk+1,问题得证。
第三题
假设对于一个n节点的d正则图,我们以p的概率随机选择点构成集合S,
再将所有v∈V,v∉S并且v不与S中任意节点相邻的点加入集合S构成集合S*。
则有|S|∼N(n,p)⇒E(|S|)=np。
设Y为所有v∈V,v∉S并且v不与S中任意节点相邻的点的个数,
则有Y∼N(n,(1−p)d+1)⇒E(Y)=n(1−p)d+1。
E(|S∗|)≤E(|S|)+E(Y)=np+n(1−p)d+1≤np+ne−p(d+1)
令p=ln(d+1)d+1,代入有E(|S∗|)≤n(1+ln(d+1))d+1。
第四题
假设从第1种颜色到第k种颜色,每次从完全图Kn中随机选择一个与图G
同构的Kn的子图进行着色,并且覆盖上一次的着色,那么由于图G不包
含H子图,我们只需要证明k种颜色存在一种着色,使得所有边都被着色,
问题便得证。
设随机变量Xi, Xi=1当且仅当边Xi未被着色,Xi=0当
且仅当边Xi被着色。
随机变量X为Kn中未被着色的边的个数,则有:
E(X)=E(∑(n2)i=1Xi)=∑(n2)i=1E(Xi)=∑(n2)i=1P(Xi=1)
其中P(Xi=1)=(1−m(n2))k
故E(X)=∑(n2)i=1(1−m(n2))k=(n2)(1−m(n2))k<n22(1−2mn2)k<n22∗e−2mkn2
<n22∗e−2ln(n)=12
∴P(X=0)=P(X<12)>0,故存在一个着色方案使所有边都被着色,
结论成立。
第五题
分析题意,我们只需要证明当n趋向于无穷时,该图不存在孤立点的概率
趋向于0即可。设随机变量X为孤立点的个数,设随机变量Xi=1表示点Xi
是孤立点,Xi=0表示点Xi不是孤立点。那么有
E(Xi)=P(Xi=1)=(1−p)n−1
E(X)=∑ni=1E(Xi)=n(1−p)n−1
D(Xi)=E(X2i)−E(Xi)2=(1−p)n−1−(1−p)2n−2
cov(Xi,Xj)=E(XiXj)−E(Xi)E(Xj)=(1−p)2n−3−(1−p)2n−2
D(X)=D(∑ni=1Xi)=∑ni=1D(Xi)+2∑1≤i<j≤ncov(Xi,Xj)
=n((1−p)n−1−(1−p)2n−2)+(n2−n)((1−p)2n−3−(1−p)2n−2)
P(X=0)≤P(|X−E(X)|≥E(X))≤D(X)E(X)2
=n((1−p)n−1−(1−p)2n−2)+(n2−n)((1−p)2n−3−(1−p)2n−2)n2(1−p)2n−2
=1n(1−p)n−1−1n−n−1np1−p→1n(1−p)n−1−p1−p→0
问题得证。
第六题
E(X)=(n3)(1n)3,应用马尔可夫不等式有
P(X≥1)≤E(X)1=(n3)(1n)3=n(n−1)(n−2)6∗n∗n∗n<16利用条件期望不等式:
P(X>0)≥∑(n3)i=1P(Xi=1)E[X|Xi=1]E[X|Xi=1]=∑(n3)k=1E[Xk|Xi=1]=∑(n3)k=1P(Xk=1|Xi=1)
E[X|Xi=1]=(n−33)p3+3(n−32)p3+3(n−31)p2+1
P(X>0)≥∑(n3)i=1p3(n−33)p3+3(n−32)p3+3(n−31)p2+1
=(n−33)p3(n−33)p3+3(n−32)p3+3(n−31)p2+1→17
问题得证。