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未解決問題、代数学、1902年に提起

バーンサイド問題

部分的に解決

GG をすべての元が有限位数を持つ有限生成群(一般バーンサイド問題)、あるいは固定された整数 n≥1n \ge 1 に対してすべての元 g∈Gg \in G が gn=1g^n = 1 を満たす有限生成群(自由バーンサイド群 B(m,n)B(m, n) に対する有界バーンサイド問題)とするとき、GG は有限群でなければならないか。また制限バーンサイド問題において、生成元 mm 個・指数 nn の最大の有限群は存在するか。

研究の最前線 2026年時点

2026年時点で、一般バーンサイド問題(偽)と制限バーンサイド問題(真)は完全に解決されている一方、有界バーンサイド問題は中間の指数において未解決のままである。具体的には、m≥2m \ge 2 に対して B(m,n)B(m, n) が有限であることが判明しているのは n∈{1,2,3,4,6}n \in \{1, 2, 3, 4, 6\} のみであり、指数 55 の 22 生成元群 B(2,5)B(2, 5)(あるいは指数 88 の B(2,8)B(2, 8))が有限か無限かは有名な未解決問題である。

既知の最良の結果

  • 制限バーンサイド問題はすべての mm と nn で成り立ち、生成元 mm 個・指数 nn の任意の有限群の位数は関数 f(m,n)f(m, n) で上から抑えられる(素数 nn はコストリキン 1958年、素数べき nn はゼルマノフ 1990〜1991年、一般の nn はホール–ヒグマン 1956年の帰着)。B(2,5)B(2, 5) の最大の有限商群 R(2,5)R(2, 5) の位数は 5345^{34} である(ハヴァス、ニューマン、ヴォーン=リー 1990年)。
  • 自由バーンサイド群 B(m,n)B(m, n)(m≥2m \ge 2)は n∈{1,2,3,4,6}n \in \{1, 2, 3, 4, 6\} で有限であり、すべての奇数 n≥665n \ge 665(ノヴィコフ–アディアン 1968年、アディアン 1975年)および十分大きな偶数指数(イワノフ 1994年、リセノク 1996年)で無限である。

使われた手法と限界

手法達成したこと限界
次数付きリー代数とジョルダン代数の恒等式群の交換子をリー代数におけるエンゲル型恒等式へと翻訳することで指数 pkp^k の有限 pp-群のべき零クラスを抑え、制限バーンサイド問題を完全に解決した残余有限な部分(有限商群)にしか適用できず、B(2,5)B(2, 5) 内部に無限単純商群や非残余有限な商群が存在する可能性を排除できない
ノヴィコフ–アディアンの帰納的語解析と幾何学的小簡約理論(ファン・カンペン図式)帰納的ランクにわたって周期語を制御し、十分大きな奇数および偶数指数に対する B(m,n)B(m, n) の無限性を証明したn=5,7,8n = 5, 7, 8 のように指数 nn が小さい領域では重なり合う周期関係が密に干渉しすぎるため、小簡約理論の曲率評価が破綻する

未解決の問い

  • 階数 22・指数 55 の自由バーンサイド群 B(2,5)B(2, 5) は(位数 5345^{34} の)有限群か、それとも無限群か。
  • B(2,n)B(2, n) が無限群となる最小の指数 nn は何か。

参考文献

  1. Sergei I. Adian (1979). The Burnside Problem and Identities in Groups
  2. Efim I. Zelmanov (1990). Solution of the restricted Burnside problem for groups of odd exponent · DOI:10.1070/IM1991v036n01ABEH001946
  3. Efim I. Zelmanov (1991). Solution of the restricted Burnside problem for 2-groups · DOI:10.1070/SM1992v072n02ABEH001272
  4. Sergei V. Ivanov (1994). The free Burnside groups of sufficiently large exponents · DOI:10.1142/S0218196794000026