thumb|300px|La famille de Petersen. Le graphe complet K6 est en haut de l'illustration, et le graphe de Petersen est en bas. Les liaisons bleues indiquent des transformations Δ-Y ou Y-Δ entre les graphe s de la famille.
En mathématiques, et plus précisément en théorie des graphes, la famille de Petersen est un ensemble de sept graphes non orientés contenant le graphe de Petersen et le graphe complet K6. Cette famille a été découverte et étudiée par le mathématicien danois Julius Petersen.
La forme des transformations Δ-Y et Y-Δ utilisée pour définir la famille de Petersen est la suivante :
Si un graphe G contient un sommet s ayant exactement trois voisins (donc trois arêtes partant de lui), la transformation Y-Δ de G en s est le graphe obtenu en supprimant s (et les trois arêtes qui en partent) de G et en ajoutant une nouvelle arête entre chaque couple de voisins de s.
Si un graphe H contient un triangle rst, la transformation Δ-Y de H en rst est le graphe formé en supprimant les arêtes rs, st, et rt de H, et en ajoutant un nouveau sommet x et les trois arêtes rx, sx et tx.
(le nom de ces transformations provient de la forme en Δ d'un triangle du graphe, et de la forme en Y d'un sommet de degré 3). Bien que ces opérations puissent en principe conduire à des multigraphes, cela ne se produit pas pour les graphes de la famille de Petersen. Ces transformations conservant le nombre d'arêtes d'un graphe, on ne peut, en les utilisant, construire qu'un nombre fini de graphes (ou de multigraphes) à partir d'un graphe initial donné.
La famille de Petersen est définie comme l'ensemble des graphes qui peuvent être atteint à partir du graphe de Petersen par combinaison de transformations Δ-Y et Y-Δ. Parmi les sept graphes de la famille, outre le graphe de Petersen, on trouve le graphe complet K6 à six sommets, le graphe à huit sommets obtenu en supprimant une arête du graphe biparti complet K4,4, et le graphe complet triparti à sept sommets K3,3,1.
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