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解法: 多項式法によるキャップ集合問題の解決(クロート=レフ=パック、エレンバーグ=ハイスヴァイト、2016年)

ステップ 1/7: キャップ集合問題:進行を含まない集合はどれほど大きくなりうるか
ざっくり言うと

nn 個の三値の特徴で表されるカードで遊ぶゲームSETを思い浮かべてほしい:キャップ集合とは、合法な「セット」をなす3枚が存在しないカードの集まりである(禁止されるパターンとは、まさに F3n\mathbb{F}_3^n における三項等差数列 x+y+z=0x+y+z=0 である)。何十年もの間、最大のキャップ集合について知られていた上界と下界は大きくかけ離れており、キャップ集合が F3n\mathbb{F}_3^n のほぼ全体を占めうるのか、それとも指数的にごくわずかな部分にすぎないのかが未解決のままだった。

A⊆F3n, ∄ x,y,z∈A distinct with x+y+z=0  ⟹  ∣A∣≤O(cn), c<3A \subseteq \mathbb{F}_3^n,\ \nexists\, x,y,z \in A \text{ distinct with } x+y+z=0 \implies |A| \le O(c^n),\ c < 3
詳しい解説

エレンバーグとハイスヴァイト(2017年、序論)は、三項等差数列を含まない F3n\mathbb{F}_3^n の部分集合 AA(すなわち x+y+z=0x+y+z=0 を満たす相異なる x,y,z∈Ax,y,z \in A が存在しない)を研究する。そのような集合の最大サイズは r3(F3n)r_3(\mathbb{F}_3^n) と表記される。自明な評価は ∣A∣≤3n|A| \le 3^n であり、以前の最良の上界(ベイトマンとカッツ、2012年)はわずか O(3n/n1+ϵ)O(3^n / n^{1+\epsilon}) で自明な評価とほとんど変わらなかった。一方、最良の下界構成は 2.2n2.2^n 程度の集合を与えていた。この論文は、指数的な増加率に関する長年の問いを解決する:明示的な定数 c≈2.756c \approx 2.756(厳密に 33 より小さい)に対して ∣A∣≤O(cn)|A| \le O(c^n) を証明する。

このステップの用語
キャップ集合
F3n\mathbb{F}_3^n の部分集合 AA で、x+y+z=0x+y+z=0 を満たす相異なる3点 x,y,zx,y,z を含まない、すなわち非自明な三項等差数列を含まないもの。
三項等差数列
yy が xx と zz の平均であるような3つの元 x,y,zx,y,z のこと。F3\mathbb{F}_3 上ではこれはちょうど方程式 x+y+z=0x+y+z=0 に等しい。
このステップで使う知識