Description
Show that for any ๐ โฅ 3, if a tree ๐ has fewer than ๐ leaves, then the maximum degree ฮ(๐) among the vertices of ๐ must satisfy ฮ(๐) < ๐. It can help to consider the summations
๐ ย ๐๐ ;ย ย ย ย ย ย ย 2(๐ โ 1) = total degree .
๐=1ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย ๐=1
The phrase โ๐ has fewer than ๐ leavesโ means ๐1 < ๐.
The two sums can be combined into the single sum
๐
โ(2 โ ๐)๐๐ = 2
๐=1
It suffices to show that ๐๐ = 0 for all ๐ โฅ ๐.
- Let (๐, ๐) be a rooted tree. Recall that the level of a vertex ๐ฅ is ๐ฟ(๐ฅ) = ๐ท(๐, ๐ฅ).ย Also, the height of a rooted tree ๐ป is the maximum of the levels of its vertices.
- Show that if ๐ is on the unique ๐ข, ๐ฃ-path, then ๐ท(๐ข, ๐ฃ) = ๐ฟ(๐ข) +
๐ฟ(๐ฃ).
- Show that if ๐ฟ(๐ข) + ๐ฟ(๐ฃ) = ๐ท(๐ข, ๐ฃ), then ๐ must be on the unique ๐ข, ๐ฃ-path.
- Show that for any two vertices ๐ข and ๐ฃ, ๐ท(๐ข, ๐ฃ) โค 2๐ป.
- Show that if ๐ท(๐ข, ๐ฃ) = 2๐ป, then ๐ข and ๐ฃ must be non-parents. Equivalently, you can show that if either ๐ข or ๐ฃ is a parent, then ๐ท(๐ข, ๐ฃ) < 2๐ป.
- Suppose (๐, ๐) is a rooted ๐-ary tree where every parent has exactly ๐ children; such a tree is said to be saturated.
- Show that ๐ has ๐๐ edges for some integer ๐.
- Find a formula for the number of vertices of ๐ in terms of ๐, ๐.
- Find a formula for the number of non-parents in terms of ๐, ๐.
- Suppose (๐, ๐) is a rooted tree with exactly 1012 Recall that a lower bound or an upper bound on ๐ป is tight if there exists an example ๐ where that bound is attained.
- Find tight lower and upper bounds for ๐ป, the height of ๐.
- Find tight lower and upper bounds for ๐ป if ๐ is a saturated rooted binary tree. Recall that saturated means every parent has the maximum allowed number of children; here, that number is



