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解法: グラドコフ=パク=ジミンによる二段ベッド予想の明示的反例(2024年)

ステップ 5/8: グラフガジェット GnG_n の構成:長い道がハイパーエッジの役割を果たす
ざっくり言うと

Gladkov、Pak、Ziminが実際に用いるガジェットは拍子抜けするほど単純である: ここで pp はこの重み付きガジェットで辺を閉じるパラメータである(p=1/2p=1/2 では通常のボンド浸透になる)。頂点 aa を鎖 v1,v2,…,vnv_1, v_2, \dots, v_n に結ぶ nn 本の辺からなる単一の長い道と、aa から遠い端 vnv_n へまっすぐ結ぶ直接の辺である。b:=v1b := v_1、c:=vnc := v_n とラベル付けする。nn が大きくなるにつれ、鎖を通る長い迂回路は aa が cc に到達する非常に信頼性の低い手段となり、ほとんどの場合、直接の辺が連結を担うか、まったく連結しないかのどちらかになる——これはまさにハイパーエッジに必要な全か無かの振る舞いであり、グラフガジェットが完全には避けられない「間違った」部分的な連結が起こる確率は消えるほど小さいだけである。

漸化式を用いた短い計算により、このガジェットを通じて aa と vnv_n が結局連結する正確な確率が定まり、nn が十分大きければWZモデルの五つの確率すべてが、頑健なハイパーエッジ補題の不等式を満たすように揃うことが示される。

Pr⁡p(a↔vn)=1−p2n1+pon the path gadget Gn\Pr_p(a \leftrightarrow v_n) = \frac{1 - p^{2n}}{1+p} \quad \text{on the path gadget } G_n
詳しい解説

n≥3n \ge 3 かつ 0<p<10 < p < 1 に対して、n+1n+1 個の頂点上に重み付きグラフ GnG_n を定義する:nn 本の辺からなる道 a=v0,v1,…,vna = v_0, v_1, \dots, v_n に、aa と vnv_n を直接結ぶもう一本の辺を加えたものである。b:=v1b := v_1、c:=vnc := v_n を二つの「外側」の接続点とする(Gladkov, Pak & Zimin 2024年、補題4.1)。GnG_n は単純な重み付きグラフであるため、通常のボンド浸透がそのまま適用でき、正確なハイパーエッジになろうとするのではなく——nn が大きいときの近似的なハイパーエッジになることで——ステップ3の不可能性を回避する。

短い漸化式による計算(2024年、第5節、補題5.1)により、ガジェット全体(直接の辺を含む)について、辺を閉じるパラメータ pp を用いると Pr⁡p(a↔vn)=1−p2n1+p\Pr_p(a \leftrightarrow v_n) = \tfrac{1 - p^{2n}}{1+p} であり、nn が大きいとき指数関数的に 11+p\tfrac{1}{1+p} に近づくことが示される。GnG_n の残りのWZモデルの確率(pabc,pa∣bc,pab∣c,pac∣b,pa∣b∣cp_{abc}, p_{a|bc}, p_{ab|c}, p_{ac|b}, p_{a|b|c} を pp と nn に関連づけるもの)についてのさらなる正確な計算と合わせて、著者らは p=12p = \tfrac12 において n≥3⋅401+1=1204n \ge 3 \cdot 401 + 1 = 1204 となればすぐに頑健なハイパーエッジ補題の不等式 400 pa∣bc≤pabc pa∣b∣c−pab∣c2400\, p_{a|bc} \le p_{abc}\, p_{a|b|c} - p_{ab|c}^2 が成り立つことを直接確認する。

この具体的な値 n=1204n = 1204 において、ガジェット GnG_n は 12051205 個の頂点と 24072407 本の辺を持ち、平面的であり、前のステップの頑健なハイパーエッジ補題が要求する条件をちょうど満たしている。この一つのガジェットの独立な六つのコピーだけが、ハロムのハイパーグラフの六つのハイパーエッジを置き換えるために必要なすべてであり、これを次のステップで最終的な反例へと組み立てる。

このステップで使う知識