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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 4/7: カーンとカライの構成:完全グラフの切断を Rd\mathbb{R}^d の点として捉える
ざっくり言うと

mm 個のラベル付きの点を取り、それらの間のあらゆる可能な辺を描く(完全グラフ)。点を二つの等しい半分に分けるそれぞれの方法が「カット」を定める——二つの半分の間を横切る辺の集まりである。カーンとカライは、各カットをすべての辺によって添字づけられた (0,1)(0,1) ベクトルとして扱い、次元 dd(辺の総数)を持つ空間の中に住まわせ、そのようなカットすべての族を、まさにボルスク予想の試験例として用いる。

V={1,…,m}, m=4k;W={pairs of V};K={S(A,B):{A,B} partitions V, ∣A∣=2k}V=\{1,\ldots,m\},\ m=4k;\quad W = \{\text{pairs of } V\};\quad \mathcal K = \{S(A,B) : \{A,B\} \text{ partitions } V,\ |A|=2k\}
詳しい解説

V={1,…,m}V = \{1, \ldots, m\}(m=4km = 4k、kk は素数冪)とし、WW を VV の要素の順序なしペア全体((m2)\binom{m}{2} 個)、すなわち VV 上の完全グラフの辺の集合とする。したがって d:=∣W∣=(m2)d := |W| = \binom{m}{2} が周囲空間の次元である。VV をそれぞれサイズ 2k2k の二つの半分に分ける各分割 {A,B}\{A,B\} に対して、S(A,B)⊂WS(A,B) \subset W を、一方の要素が AA に、もう一方が BB にあるペアの集合(AA と BB の間の「カット」)とする。このような分割のどれについても ∣S(A,B)∣=(2k)2=m2/4|S(A,B)| = (2k)^2 = m^2/4 であることに注意する。K={S(A,B):{A,B}\mathcal K = \{S(A,B) : \{A,B\} は V}V\} のバランスの取れた分割とすると、これは WW の部分集合からなる (m2k)/2\binom{m}{2k}/2 個の族であり、各元は Rd\mathbb{R}^d 内の (0,1)(0,1) ベクトルと同一視される。

K\mathcal K のすべての集合がちょうど同じ大きさ m2/4m^2/4 を持つため、K\mathcal K のすべての点は、全座標が 12\tfrac12 である点を中心とする Rd\mathbb{R}^d 内の共通の球面上にあり、ステップ2の距離公式により、それらの対ごとの距離は完全に ∣S(A,B)∩S(C,D)∣|S(A,B) \cap S(C,D)| によって支配される:二つのカットが近いのは、それらの横断辺集合が大きく重なっているときにちょうど一致する。最小の重なり——したがって K\mathcal K の直径を実現する最大距離——は(A,B,C,DA, B, C, D の包除原理による直接計算により)ちょうど ∣A∩C∣=k|A \cap C| = k のときに起こることが分かり、ステップ3の定理が制御するために構成された交わりの条件が設定される。

このステップの用語
グラフのカット
グラフの頂点を二つの部分 A,BA, B に分割したとき、カット S(A,B)S(A,B) は一方の端点が AA に、他方が BB にある辺の集合であり、カットの大きさは両側の間を「横切る」辺の数を数える。
このステップで使う知識