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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 2/7: ラーマンの帰着:幾何学を集合の交わりに関する問いに変える
ざっくり言うと

デイヴィッド・ラーマンは近道に気づいた:座標がすべて 00 か 11 である (0,1)(0,1) ベクトルのうち、11 の個数がすべて同じであるものだけに注目すれば、任意の二点間の距離は、それらがいくつの座標を共有しているかによって完全に決まる——微積分や連続的な幾何学は一切必要なく、有限集合同士の重なりを数えるだけでよい。これにより、ボルスクの幾何学的分割問題は、集合の族とその交わりの大きさをどう制御できるかという、純粋に組合せ論的なパズルへと変わる。

∥x−y∥22=2(k−∣A∩B∣),x,y∈{0,1}n of weight k\|x-y\|_2^2 = 2\big(k - |A \cap B|\big), \qquad x,y \in \{0,1\}^n \text{ of weight } k
詳しい解説

(0,1)(0,1) ベクトル x∈{0,1}nx \in \{0,1\}^n を、xx が 11 である座標の集合 A⊂{1,…,n}A \subset \{1,\ldots,n\} と同一視する。そのような二つのベクトル x,yx, y がどちらもちょうど kk 個の1を持つ(サイズ kk の集合 A,BA, B に対応する)場合、∥x−y∥22=2(k−∣A∩B∣)\|x-y\|_2^2 = 2(k - |A\cap B|) である:距離の二乗は重なり ∣A∩B∣|A \cap B| が大きくなるにつれてちょうど縮小し、∣A∩B∣|A \cap B| ができるだけ小さいときにちょうど最大となる。したがって {1,…,n}\{1,\ldots,n\} の kk-部分集合のうち、最大(直径を実現する)距離にあるペアとは、まさに交わりが最小のペアである。

ラーマンは、定数重みの (0,1)(0,1) ベクトルの有限集合に制限したボルスクの予想が、明快な組合せ論的主張に帰着することに気づいた:K\mathcal{K} を {1,…,n}\{1,\ldots,n\} の kk-部分集合の族で、任意の二つのメンバーがちょうど tt 個の要素を共有する(したがって K\mathcal K は非自明なペア距離を一つしか持たず、それが直径を実現する)ものとするとき、各部分内では任意の二つのメンバーが少なくとも t+1t+1 個の要素を共有する(すなわち真に小さい距離にある)ように、K\mathcal K を常に nn 個の部分に分割できるか?この純粋に有限な問いに対する反例——nn 個をはるかに超える部分を証明可能に必要とする族 K\mathcal K——こそが、カーンとカライがこの後構成するものであり、しかも一定交わりという最も明快な形の仮定すら必要としない。

このステップの用語
定数重みの (0,1)(0,1) ベクトル
{0,1}n\{0,1\}^n の点で、その 11 である座標を通じて {1,…,n}\{1,\ldots,n\} の部分集合とみなされるもの。「定数重み kk」とは、考えているすべてのベクトルがちょうど kk 個の1を持つこと、すなわち kk 要素の部分集合に対応することを意味する。
このステップで使う知識