9、概率方法

概率空间

定义:概率空间

(Ω,P),Ω 为有限集, P:2Ω→[0,1],测度 P 满足

  • P(∅)=0
  • P(Ω)=1
  • P(A⊔B)=P(A)+P(B)。

把 Ω 的每个子集称为事件:P(A)=∑ω∈AP({ω})。

定义:随机变量

函数 X: Ω→R 称为一个随机变量。

定义:随机变量的期望

E[x]:=∑ω∈ΩP({ω})X(ω).

期望具有线性性:

定理:期望的线性性

X,Y 为 Ω 上随机变量,则

E[X+Y]=E[X]+E[Y].

在组合学中,概率方法常见的用法是:

技术:概率方法

  • 假设我们需要找到一些组合对象,满足某些属性——称为“好属性”。考虑候选项的大集族并从中随机取出,称其为一个随机对象。若取出“好”对象的概率是正的,则必存在好对象。
  • 为了计算“好”对象的概率,我们常计算“坏”对象并论证其严格小于1。

并集的界

定理

若 n,s 满足 (ns)21−(s2)<1,则 R(s,s)>n。

证明: 只需找一个 Kn 的2-染色,其中无 Ks 团。

令 Φ 是全体 Kn 的 2-染色线成的集合。任取 c∈Φ。则 c 是一个随机 2-染色。注意各边被染为某色概率为 12,且各边独立。

令事件 B:该2-染色不包含单色 Ks。希望 P(B)>0。为此,考虑补事件 A=Φ∖B 及其概率 P(A)。

对任意子集 S∈([n]s),假设其 AS 为 S 构成一个单色 Ks 的概率,则 P(AS)=21−(s2)。另一方面, A=⋃S∈([n]s)AS,则

P(A)=P(⋃S∈([n]s)AS)≤∑S∈([n]s)P(AS)=(ns)21−(s2)<1.

这就说明了 P(B)>0。

推论

R(s,s)≥se22s2.

证明: 令 n=这一坨。回忆 (ns)<nss! 且 s!>e(se)s,我们有

(ns)21−(s2)<nse(s/e)s21−(s2)=1.

因此 R(s,s)>n=se22s2(e2)1/s=se22s2.

定义:随机图

随机图 G(n,p),p∈(0,1)为:V=[n],每条边 e∈(V2) 独立地以概率 p 出现。

上面定理的证明中,我们事实上考虑了 G(n,1/2)。

对性质 A,我们考察 G(n,1/2) 具有性质 A 的概率。事实上我们有

P(A)=P(G(n,1/2) 具有性质 A)=满足性质 A的图数2(n2).
定义:几乎一定

称 G(n,1/2) 几乎一定满足性质 A,若 limn→∞P(A)=1。
称几乎一定不满足,若 lim=0。

定理:随机图几乎不是二分图

G(n,1/2) 几乎一定不是二分图。

证明: 设 A 为事件: G(n,1/2) 不是二分图。对任意 U⊂[n],令 AU 为事件: G 的所有边都在 U 和 [n]∖U 之间。则我们有 A=⋃U⊂[n]AU。因此

P(AU)=2|U|(n−|U|)2(n2)≤2n242(n2)=2−n24+n2.

因此

P(A)=P(⋃U⊂[n]AU)≤∑U⊂[n]P(AU)≤2n⋅2−n24+n2→0.

证毕。

练习

考虑[n] 的全体不交 k−元子集对 (A,B) 构成的集族.称一个集合 Y 分离 (A,B),若 A⊂Y 且 B∩Y=∅. 证明存在 l=2k4kln⁡n 个集合,使得每个对 (A,B) 均由其中之一分离.

证明: 从 [n] 中选 l 次子集,每一次都是等可能的.由此我们选出一个集族 F,其中至多有 l 个子集.对每个不交 k−元子集对 (A,B),令 XAB 为事件“不存在 F 中的成员分离 (A,B)”.由于分离 (A,B) 的子集合数为 2n−2k 个,我们有

P(XAB)=(1−2n−2k2n)l=(1−2−2k)l<e−2−2kl=n−2k.

总共有 (nk)(n−kk) 个这样的子集对 (A,B).由于

(nk)(n−kk)≤nk(n−k)k≤n2k,

因此至少一个子集合对不被分离的概率为

P(⋃A,BXAB)≤∑A,BP(XAB)<n2k⋅n−2k=1.

因此,存在这样的情况:每个对 (A,B) 均被分离.

可染色族

定义: k−族

设 F 为 Ω 的子集族。称 F 是一个 k−族,若其中子集均为 k−元的。

例

2-族是一个图。

定义:可2-染色族

称 F 可2-染色,若存在函数 f: Ω→{蓝,红} 使得每个子集 A∈F 均非单色。即:每个 A 都至少有一个蓝元素和一个红元素。

定义:

对任意 k∈Z+,令 m(k) 为使 k−族 F 不可2-染色的最小数。

因此,我们有 m(k)≤t 当有仅当存在一个 k−族 F ,其有 t 个子集且不可 2-染色。反过来, m(k)>t 等价于任一个由 t 个子集构成的 k−族均可2-染色。

例

m(2)=3。。例: K3。

定理/练习

m(k)>2k−1−1.

也就是说, 任一包含 2k−1−1 个子集的 k−族可被2染色。

证明: 给定一个 k−族 F,包含 2k−1−1 个子集。只需找一个染色 f 使得 F 中的任一子集都有红与蓝顶点。称这样的染色是一个好染色。

考虑随机函数 φ:Ω→{红,蓝}。令 S 为 φ 好这一事件。令 T=Sc,则必存在一个子集A∈F,其在 φ 下单色。对任意 A∈F,令 TA 为事件: A 在 φ 下单色。则

T=⋃A∈FTA.

注意 P(TA)=2⋅12k=21−k,故

P(T)=P(⋃A∈FTA)≤∑A∈FP(TA)=|F|21−k<1.

因此 P(S)=1−P(T)>0,故存在好染色。

练习

证明若存在 p∈[0,1] 使得

(nk)p(k2)+(nt)(1−p)(t2)<1,

就有 R(k,t)>n.以此证明存在 C>0 使 R(4,t)≥C⋅(tln⁡t)3/2.

证明: 考虑 Kn 的一个随机2-染色,染红概率为 p.对任意 k 顶点集合 R,令 AR 为事件“Kn[R] 是红色”.同样定义 BR 为t 顶点集合 R 中,Kn[R] 为蓝色的事件.则由于有 (k2) 条边,得

P(AR)=(nk)p(k2),P(Bt)=(nt)(1−p)(k2).

于是 P(AR)+P(Bt)<1,故存在一种染色,使得既无红 Kk 又无蓝 Kt,故 R(k,t)>n.

下面,对 k=4,我们有

(n4)p(42)+(n4)(1−p)(t2)≤124n4p6+ntt!(1−p)(t2)≤124+nt(et)−pt2−t2.

令 p=121/6n2/3,n=t3/2(ln⁡t)3/2,代入上面不等式即证!傻逼吧!我操!谁爱算谁算去!

练习

令 k≥4 为整数, F⊂(Xk) 为 k−族.基集为 X.证明若 |F|<4k−13k,则存在一个 4−染色,使得4种颜色都在每个子集中被染到.

证明: 考虑随机4-染色.对每个 e∈F,令 Ae 为事件:e 中并不是4种颜色都出现.若 Ae 发生,则 e 中最多有三种颜色,故

P(Ae)≤14k(43)3k=3k4k−1.

由于 F 中子集数目少于 4k−13k ,故所有 e 发生的概率小于 1,因此存在这样的染色.

锦标赛(Tournament)

定义:独立变量

懒

定义:锦标赛(Tournament)

一个 n 顶点的锦标赛是一个从 Kn 得来的有向图:给每条边一个方向。对边 i→j,称其为一个弧,称 i 为头,j 为尾。

定义:Sk (相互吊打)

称一个锦标赛 T 满足条件 Sk,若对任意 k 大小的子集 A,都存在一个顶点 u∈V(T)∖A 使得 u→x 对任意 x∈A 成立。

定理:相互吊打的一个充要条件

对任意 k∈Z+,如果

(nk)(1−12k)n−k<1,

就存在一个 n−顶点锦标塞,满足性质 Sk。

证明: 我们来考虑随机锦标赛,即:对任意 ij,存在一个弧 i→j,方向选取 12 概率且独立。 令 B 为 T 不满足 Sk 的事件。

对任意 A∈([n]k),令 BA 为事件:对任意顶点 x∈[n]∖A,存在 u∈A 使得 u∈x。则

B=⋃A∈([n]k)BA.

令 x∈[n]∖A,令 BA,x 为事件:存在一些 u∈A 使得 u→x。则

BA=⋂x∈[n]∖ABA,x.

显然 P(BA,x)=1−12k,且 BA,x 对 x 独立。于是

P(BA)=∏x∉AP(BA,x)=(1−12k)n−k.

因此

P(B)≤∑A∈([n]k)P(BA)=≤(nk)(1−12k)n−k<1.

证毕。

推论

对任意 k∈Z+,存在一个最小的 f(k),使得存在 f(k) 顶点锦标赛满足 Sk。

例

f(3)<91,因为

(913)(1−123)91−3<1.

期望的线性性

关键观察

P(X≥E[X])>0,P(X≤E[X])>0.

从“P>0”即存在的观点来看,若问“存在……大于/小于”问题,可以考虑构造随机变量, E[X] 为此值。

定义:指示变量

对事件 A,定义

1A(x)={1,x∈A, 即A发生;0,x∉A.

我们有: E[1A]=P(A)。

定义:无和(sum-free)

称集合 A 无和,若对任意 x,y∈A,则 x+y∉A。

例:无和

[n] 的两个无和 ⌈n/2⌉ 子集为

  • {⌊n/2⌋+1,⋯,n}
  • {m∈[n]: 2∤n}。

事实上可以证明:无和子集 A⊂[n] 至多为 ⌈n/2⌉ 元素。Hint:考虑 x∈A⇒2x=x+x∉A。

定理:无和集存在性

对任意非零整数集 A,其中存在无和子集 B,且 |B|≥|A|3。

证明: 选取 p 足够大,使得 p≡2(mod3) 且 p>|a|, ∀a∈A。注意到我们有一个 Zp−无和子集

S={⌈p3⌉+1,⋯,⌈2p3⌉}.

我们声称:对任意 x∈Zp∗,Ax={a∈A: ax(modp)∈S} 在 Z 中无和。这是因为反设存在 a,b,c∈Ax 使得 a+b=c,两边同乘以 x 得 ax+bx=cx 在 S 中,与 S Zp−无和矛盾。

现在,我们找一些 x∈Zp∗ 使得 |Ax|≥|A|3. 任取 x,我们计算 E[|Ax|]。 注意到

E[|Ax|]=E[∑a∈A1ax(modp)∈S]=∑a∈AE[1ax(modp)∈S]=∑a∈AP(ax(modp)∈S).

注意到 p 为素数, a 在 Zp∗ 上的左乘作用是自同构,帮 P(ax(modp)∈S)=|S||Zp∗|≥13。因此 E[|Ax|]≥∑a∈A13=|A|3,故存在这样的 |Ax| 使得 |Ax|≥|A|3。

定义:主导集(Dominating set)

给定图 G,称 G 的一个主导集 A 是 V(G) 的一个子集,使得 u∈V(G)∖A 在 A 中有一个邻点。

定理

设 G 是一个 n 阶图,最小度为 δ>1,则 G 有一个主导集 A,其至多包含 1+ln⁡(1+δ)1+δn 个顶点。

证明: 待定 p∈(0,1)。在 V(G) 中任取顶点以概率 p。 令 A 为这些被取的顶点,并令 B 为 V(G)∖A 中在 A 中无邻点的点集。则

因此,

P(b∈B)=(1−p)1+dG(b)≤(1−p)1+δ≤e−p(1+δ).

最后一个不等式是由于 1+x≤ex。因此,我们有

E[|B|]=E[∑b∈V(G)1b∈B]=∑b∈V(G)P(b∈B)≤n⋅e−p(1+δ).

另一方面,我们有 E[|A|]=np,从而

E[|A∪B|]≤E[|A|+|B|]=E[|A|]+E[|B|]≤n(p+e−p(1+δ)).

由微积分, p=ln⁡(1+δ)1+δ 时右边最小,代入得 E[|A∪B|]≤1+ln⁡(1+δ)1+δn。因此存在一种取法使主导集 |A∪B|≤1+ln⁡(1+δ)1+δn。

定义:α

令 α(G) 为 $G 中最大独立集大小。

定理

对任意图 G,α(G)≥∑v∈V(G)1d(v)+1,这里 d(v) 为 v 的度。

证明: 令 V(G)=[n],则对任意 i∈[n],令 Ni 为 i 在 G 中的邻点集。令 Sn 为全体置换 π:[n]→[n] 的集合。

对给定置换 π,称 i∈[n] 是π−好的,若 π(i)<π(j) 对任意 j∈Ni 成立。令 Mπ 为全体 π−好顶点。

我们声称 Mπ 为独立集。这是因为如果 i,j∈Mπ,ij∈E(G),不妨设 π(i)<π(j),则 j 不 π−好,矛盾。

下面,我们均匀地选取 π∈Sn,并计算 E[|Mπ|]。因为 |Mπ|=∑i∈[n]1i:π好,我们有 E[|πM|]=∑i∈[n]P(i:π好)=∑i∈[n]1d(i)+1。因此存在一个 π∈SN 使得 |Mπ|≥∑i∈[n]1d(i)+1。由 α(G) 的定义, α(G)≥RHS。

推论(练习)

对任意图 G 有 n 顶点及 m 边, α(G)≥n22m+n。

推论

图 G 有 n 个点及平均度数(即 d=2mn,则 α(G)≥n1+d。

定义:Turan 图

Turan r 部图 Tr(n) 是一个 n 顶点图 G,使得 V(G)=V1∪V2∪⋯∪Vr,且 |V1|≤|V2|≤⋯≤|Vr|≤|V1|+1,其中 ab∈E(G) 当且仅当 a∈Vi,b∈Vj 且 i≠j。

Tr(n) 是一个平衡完全 r− 部图。

定理(Turan定理,估计形式)

若 G 无 Kr+1,则 e(G)≤r−12rn2。

定理(Turan定理,精确形式)

若 n 点图 G 无 Kr+1,则 e(G)≤ex(Tr(n))≈r−12rn2。

证明: 给定 n−顶点无 Kr+1 图 G,V(G)=[n]。考虑一个函数 p: [n]→[0,1],使得

∑i∈[n]pi=1.

希望找 f(p)=∑ij∈E(G)pipj 的最大值,对任意给定的 p。假设 p 使 f(p) 取最大——为此,使 p(i)≠0 的顶点 i 的数量应当最小。

引理

{i: p(i)>0} 是 G 中的一个子图。

证明: 否则,若存在 p(i),p(j)>0 使 ij∉E(G),令 Si=∑k∈NG(i)pk 且 Sj=∑k∈NG(j)pk。令 Si≥Sj。则我们可以分配一个新函数 p∗: [n]→[0,1] 使得

p∗(i)=p(i)+p(j),p∗(j)=0,p∗(k)=p(k),∀k∈[n]∖{i,j}.

现在,我们有

f(p∗)=f(p)−(piSi+pjSj)+(pi+pj)Si=f(p)+(Si−Sj)pj≥f(p).

由 p 的取法,我们看出 f(p∗)=f(p),但 p∗ 有更少的正权顶点数,矛盾!

回到原题: 令 S={1,2,⋯,s}⊂V(G) 为正权顶点。由引理,我们有 G[S]=Ks,s≤r 且G 不含 Kr+1。则

maxpf(p)=12((∑1≤i≤sp(i))2−∑1≤i≤sp2(i))=12(1−∑1≤i≤sp2(i))≤12(1−s(1s∑1≤i≤sp(i))2)=12(1−1s)≤12(1−1r).

另一方面, maxpf(p)≥e(G)n2,比较两边即证!

练习

  1. 令 Xπ 为置换 π 的不动点数,求 E[Xπ],这里 π∈Sn.
  2. 掷 n 次硬币,求“连续数”的期望:比如 TTTHHHHTT 的连续数是3.

解: (1) 记事件 Ai:i 被固定.令 Xi 为 Ai 的指示变量,则 Xπ=∑Xi.由对称性,

P(π(i)=j)=1n,∀j.

于是 P(Ai)=1n,从而

E[Xπ]=∑P(Ai)=1.

(2) 令 Xn 为前 n 次投掷的连续数.若 n+1 次投掷异于第 n 次,则 Xn+1=Xn+1,否则 Xn+1=Xn,于是

E[Xn+1]=12E[Xn]+12(E[Xn]+1).=E[Xn]+12.

由 X1=1,故 E[Xn]=n+12.

练习:Sperner定理另证

设 F 为 [n] 中独立系统.令 π∈Sn 为 [n] 中的随机排列.通过考虑集合

X={i: {π(1),π(2),⋯,π(i)}∈F}

来证明 |F|≤(n⌊n/2⌋).

证明: 令 F={A1,⋯,A|F|}.由于 F 是独立系统且 X 中元素相互包含,X 中包含至多一个元素.

另一方面,令 Xi 为事件

{π(1),⋯,π(|Ai|)}=Ai

的指示变量,则 |X|=∑Xi. 因为 {π(1),⋯,π(|Ai|)} 的取法有 (n|Ai|) 种,我们有

E[Xi]=P({π(1),⋯,π(|Ai|)}=Ai)=1(n|Ai|).

因此,我们有

1≥E[|X|]=∑i=1|F|E[Xi]=∑i=1|F|1(n|Ai|).

这是 L-Y-M 不等式.取 (n|Ai|)≤(n⌊n/2⌋) 即证.

削除方法

先前我们考虑的是经典概率;现在,我们把这种思想延伸出来,考虑随机事件并非总含有想要的性质的情况——有非常少的“瑕疵”。我们的想法是删掉所有的瑕疵,这样就可以得到想要的性质。

定理

令 G 为 n 顶点图,有平均度 ≥1。则 α(G)≥n2d。

证明: 令 S⊂V(G) 为随机子集:对任意 v∈V(G) , P(v∈S)=p,这里 p 待定。

令 X 为 S 中的顶点数,令 Y 为 G 中每个端点都在 S 中的边数。则 E[X]=np,E[Y]=e(G)p2=nd2p2。令 p=1d,则

E[X−Y]=E[X]−E[Y]=nd.

故存在子集 S⊂V(G) 使得

|S|−e(G[S])≥E[X−Y]=n2d.

现在,从 G[S] 的每条边中删除一个顶点,得到子集 S∗⊂S,其大小至少为 |S|−e(G[S])≥n2d。由于这样删除后 G[S] 无边,故 S∗ 是一个独立集。

回忆

有定理: (nk)21−(k2)<1,则 R(k,k)>n。特别地: R(k,k)>k2ke2。

定理

对任意整数 n,R(k,k)>n−(nk)21−(k2)。

证明: 考虑 Kn 的随机2-染色,这里每条边染为红或蓝,概率1/2。对 A∈([n]k),令 XA 为指示变量:A 诱导一个完全单色图 Kk。则 E[XA]=2⋅12(k2).
令 X=∑A∈([n]k)XA 为单色 k−子集的数量。则

E[X]=∑A∈([n]k)E[XA]=(nk)21−(k2).

故存在一个 Kn 的 2-染色,单色 k−子集数量至多为 E[X]=(nk)21−(k2)。接下来,从每个单色子集中移除一个顶点,这至多删除 X≤E[X]≤(nk)21−(k2) 个顶点,但把单色子集全清除了。于是剩余的 n−(nk)21−(k2) 个顶点中,没有任何单色 k−子集。

推论(练习)

R(k,k)>1e(1+o(1))k2k/2.

提示:固定 k,令 n−(nk)21−(k2) 最大。

练习

令 F⊂([n]3) 是 m 个子集的子集族,其中 m≥n3.证明存在子集 A⊂[n] 使得

|A|≥2n3/233m,

且 F 中的集合没有一个被 A 包含.

证明: 令 B⊂[n] 为由 P(i∈B)=p 定义的随机子集,各边相互独立.令 X=|B|,Y=|{e∈F: e⊂B}|. 对任意 e∈F,令 Ye 为事件“ e⊂B ”的指示变量,故 Y=∑e∈FYe.显然 E[Ye]=p3 (因为 F 的成员是三元集),故 E[Y]=mp3.显然, E[X]=np.于是

E[X−Y]=np−mp3=p=n/3m2n3/233m.

存在一个 B 使得 X−Y≥E[X−Y]=2n3/233m.再从 B 中移除 F 中含于 B 的成员中任一个顶点,把剩下的集合记为 A 即可.

练习

令 F 为 n 元集的 r−一致族子集.假设每个元素属于 F 的 d个成员.证明存在一个元素集合 S,使得

  • S 不包含 F 中的成员,且
  • |S|≥(1−1r)nd−1r−1.

证明: 我们先要知道 F 有多大.令

M=|{(v,e): e∈F,v∈e}|.

对其双重计数.固定元素:由于每个元素属于 F 中的 d 个成员,我们有 M=nd.另一方面,固定成员:每个成员中有 r 个元素.因此 |M|=|F|r,从而 |F|=ndr.

下面,令 A 为随机子集,P(v∈A)=p 待定且对各 v 独立.则

E[|A|]=np.

令 Y 为 F 的元素中位于 A 的元素的数量.由线性性,我们有

E[Y]=|F|pr=ndrpr.

因此,我们有

E[|A|−Y]=np−ndrpr.

取 p=d−1r−1,则 E[|A|−Y]=(1−1r)nd−1r−1.存在这样的一个 A:|A|−Y≥E[|A|−Y].从 F 的每个成员中删除一个位于 A 中的元素可获得一个集合 S,其中至少有 |A|−Y 个元素,证毕.

Markov 不等式

定理:Markov 不等式

令 X≥0 为随机变量,t>0,则

P(X≥t)≤E[X]t.

推论

令 Xn≥0 为整值随机变量。若

E[Xn]→0,n→∞,

则

P(Xn=0)→1,n→∞.

即 Xn=0 几乎一定成立。

引理

对随机图 G(n,p),p∈(0,1),有

P(α(G(n,p))≤⌈2ln⁡np⌉)→1,n→∞.

注意到 p 可视为 n 的一个函数。

证明: 令 t=⌈2ln⁡np⌉。令 Xn 为 G(n,p) 中大小为 t+1 的独立集的数量。对任意 S∈([n]t+1),令 XS 为指标变量: S 是一个 G(n,p) 中的独立集。则

Xn=∑S∈([n]t+1)XS.

及

E[Xn]=∑S∈([n]t+1)E[XS]=∑S∈([n]t+1)(1−p)(t+12)=(nt+1)(1−p)(t+12)≤nt+1(t+1)!e−p(t+12)=1(t+1)!(ne−pt/2)t+1≤1(t+1)!→0.

由上面的推论,P(α(G(n,p))≤t)=P(Xn=0)→1。

定义:染色数

对一个图 G,其染色数 χ(G) 是最小的 k,使得 V(G) 可被分为 k 个独立集。

事实

  1. χ(Kn)=n。
  2. χ(C2n+1)=3。
  3. χ(G)≤2 当且仅当 G 是二分图。
  4. χ(G)⋅α(G)≥|V(G)|。

定义:围长(girth)

图 G 的围长 g(G) 为 G 中最短圈的长度。

定理(Erdos)

对任一固定的 k,存在一个图 G:χ(G)≥k 且 g(G)≥k。

证明: 考虑一个随机图 G=G(n,p),这里 p 待定。令 t=⌈2ln⁡np⌉,由上面的引理可知 P(α(G)≤t)→1,当 n→∞。

令Xn 为 G 中长度小于 k 的圈的数量。则

E[Xn]=∑i=3k−1n(n−1)⋯(n−i+1)2ipi.

这里 n(n−1)⋯(n−i+1)2i 为 Kn 中 Ci 的个数。则

E[Xn]≤∑i=3k−1(np)i≤(np)k−1np−1.

由Markov不等式,

P(Xn>n2)≤E[Xn]n/2≤2((np)k−1)n(np−1).

令 p=n−k−1k,则 np=n1/k。我们有

P(Xn>n2)≤2(n−1)n(n1/k−1)→0.

令 n 足够大,则存在 n 点图 G ,满足 Xn≤n2 但 α(G)≤t=⌈2ln⁡np⌉≤3nk−1kln⁡n。

通过从每个长度至多为 k−1 的圈中移除一个顶点,我们可以找到一个诱导子图 G∗<G,其含至少 n/2 个顶点,并且不存在长度最大为 k−1 的圈。因此 g(G∗)≥k。由于 G∗ 为 G 的诱导子图,我们有

α(G∗)≤α(G)≤3nk−1kln⁡n.

由 χ⋅α≥|V|,得到 χ(G∗)≥|V(G∗|)α(G∗)≥n/23nk−1kln⁡n≥k,故 G∗ 为所求图,如欲所证。