MathLabs

第5問

pp 本の方程式からなる、q=2pq=2p 個の未知数 x1,…,xqx_1,\ldots,x_q の連立方程式を考える。すべての係数 aija_{ij} は {−1,0,1}\{-1,0,1\} に属する。この系が (a) すべての xjx_j が整数、(b) 少なくとも1つの xj≠0x_j\ne0、(c) すべての jj で ∣xj∣≤q|x_j|\le q を満たす解を持つことを証明せよ。
ステップ 1/5: 有界な非零ベクトルを数える
ざっくり言うと

箱 [0,q]q[0,q]^q には多くの候補ベクトルが含まれる一方、方程式が作る出力の組の数には限りがある。

Nvec=(q+1)q−1>(q2+1)p,q=2pN_{\mathrm{vec}}=(q+1)^q-1>(q^2+1)^p,\quad q=2p
詳しい解説

q=2pq=2p とおく。(x1,…,xq)(x_1,\ldots,x_q) を満たす非零整数ベクトル 0≤xi≤q0\le x_i\le q をすべて考える。このようなベクトルは (q+1)q−1(q+1)^q-1 個ある。各ベクトルを、連立方程式の左辺の pp 個の値からなる組へ写す。