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解法: フランクル–ウィルソンの定理によるカーン=カライのボルスク予想の反証

ステップ 1/7: ボルスクの1933年の予想:f(d)=d+1f(d) = d+1 か?
ざっくり言うと

与えられた幅を持つ図形を、いくつかのより小さく、真に幅の狭い部分に切り分けることを考えよう——丸いピザを、どの一切れもピザ全体と同じ幅にならないように扇形に切り分けるようなものである。平面では常に三つの部分で十分であり、空間では四つである。ボルスクは、このパターン——次元の数よりちょうど一つ多い——が永遠に続くと予想し、六十年もの間誰もがそれを信じていた。なぜなら、それは滑らかで丸い図形や、あらゆる次元における中心対称な図形について成り立つことが知られていたからである。

f(d):=min⁡{k:every set of diameter 1 in Rd splits into k sets of smaller diameter}f(d) := \min\{k : \text{every set of diameter } 1 \text{ in } \mathbb{R}^d \text{ splits into } k \text{ sets of smaller diameter}\}
詳しい解説

1933年、ボルスクは、有界集合 S⊂RnS \subset \mathbb{R}^n が常に、d(S)=max⁡x,y∈S∥x−y∥2d(S) = \max_{x,y \in S} \|x-y\|_2 より真に小さい直径を持つ n+1n+1 個の部分に分割できると予想した。下限 f(n)≥n+1f(n) \ge n+1 は容易である(正単体の頂点、あるいはボルスク・ウラムの定理による球のいずれも、それだけの数の部分を必要とする)。この予想は次元 n=2n=2 と n=3n=3 で正しいことが証明されており、またあらゆる次元における中心対称または滑らかな凸体についても成り立つため、広く信じられていた。

カーンとカライ以前にも、反例が存在するとすればそれは滑らかな幾何学ではなく組合せ論から来るだろうと示唆する著者が何人かいた。1965年、ルートヴィヒ・ダンツァーは、固定された重みを持つ {0,1}\{0,1\} ベクトルの有限集合が、直径の小さい (1.003)d(1.003)^d 個の球で覆えないことを示し、高次元の組合せ論的配置が小さな分割に抵抗するという最初の手がかりとなった。ポール・エルデシュとデイヴィッド・ラーマンは、独立にこの方向での真の反例の可能性を提起した。

このステップの用語
集合の直径
集合 SS の任意の二点 x,yx, y の間の最大距離 ∥x−y∥2\|x-y\|_2 のこと。「より小さい直径を持つ」部分への分割とは、各部分自身の最大内部距離が集合全体のそれより真に小さいことを意味する。
中心対称な凸体
中心 cc を持つ凸形状 SS で、x∈Sx \in S ならば 2c−x∈S2c - x \in S を満たすもの(その形状は cc の周りに 180°180° 回転させても同じに見える)。球、立方体、楕円などがその例である。
このステップで使う知識