1. GG为一个n(n5)n(n\ge 5)阶图,且GG的任意n2n-2阶子图的边数为一定值3k(kN+)3^{k}(k\in \mathbb{N_{+}})。求nn的所有可能取值。

解:设GG的边数为m(mN+)m(m\in \mathbb{N_{+}})
GG的所有n2n-2阶子图共有Cnn2=Cn2\text{C}^{n-2}_{n}=\text{C}^{2}_{n}个,这些子图的边数之和即为Cn2×3k\text{C}^{2}_{n}\times 3^{k},设这个值为 y=Cn2×3ky=\text{C}^{2}_{n}\times 3^{k}
另一方面,考虑每一条边eeee所在的n2n-2阶子图共有Cn2n4=Cn22\text{C}^{n-4}_{n-2}=\text{C}^{2}_{n-2}个,因此ee被计算入答案的次数为Cn22\text{C}^{2}_{n-2}次。因此,y=m×Cn22y=m\times \text{C}^{2}_{n-2}
于是得到Cn2×3k=m×Cn22\text{C}^{2}_{n}\times 3^{k}=m\times \text{C}^{2}_{n-2},整理得m=n(n1)3k(n2)(n3)N+m=\frac{n(n-1)3^{k}}{(n-2)(n-3)}\in \mathbb{N_+}

(n2)(n3)(n-2)(n-3)有质因子p(p5)p(p\ge 5),则知pn2p\mid n-2pn3p\mid n-3,从而pn(n1)3kp\nmid n(n-1)3^k,得m∉N+m\not \in \mathbb{N_+},矛盾。
4(n2)(n3)4\mid(n-2)(n-3),则知4n24\mid n-24n34\mid n-3,从而4n(n1)3k4\nmid n(n-1)3^k,得m∉N+m\not \in \mathbb{N_+},矛盾。
n2n-2n3n-3中必有一个为偶数,于是得(n2)(n3)=2×3t(tN)(n-2)(n-3)=2\times 3^t(t\in \mathbb{N})
由于gcd(n2,n3)=1\gcd(n-2,n-3)=1,得n2=2,n3=3tn-2=2,n-3=3^tn3=2,n2=3tn-3=2,n-2=3^t
结合条件知n=5n=5为唯一满足条件的nn值。

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