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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 2/7: 多項式としての集合:多項式法の辞書
ざっくり言うと

体 F3\mathbb{F}_3 上では、すべての元が t3=tt^3 = t(フェルマーの小定理のごく小さな例)を満たすので、F3n\mathbb{F}_3^n 上の任意の関数は、各変数の指数が 22 に制限された多項式として一意に書ける。これにより、部分集合 AA についての純粋に組合せ論的な問いが、ある次数の多項式についての代数的な問いに変わり、階数や次元といった線形代数の道具への扉が開かれる。

md=dim⁡Sn≤dm_d = \dim S_n^{\le d}
詳しい解説

エレンバーグとハイスヴァイト(2017年、冒頭の補題、クロート=レフ=パックを一般化)は、MnM_n を各変数の次数が q−1q-1 以下である x1,…,xnx_1,\ldots,x_n の単項式の集合とし、SnS_n をそれらが張るベクトル空間とする。多項式をその値の表に送る評価写像 Sn→FqFqnS_n \to \mathbb{F}_q^{\mathbb{F}_q^n} は線形同型である。両辺とも次元 qnq^n を持つからである。全次数を dd 以下に制限すると、次元 md=dim⁡Sn≤dm_d = \dim S_n^{\le d} の部分空間 Sn≤dS_n^{\le d} が得られ、これが有界な複雑さを持つ多項式がどれだけあるかを測る鍵となる量である。

このステップの用語
単項式空間 Sn≤dS_n^{\le d}
各 ei≤q−1e_i \le q-1 かつ全次数 ∑ei≤d\sum e_i \le d を満たす単項式 x1e1⋯xnenx_1^{e_1}\cdots x_n^{e_n} すべてが張るベクトル空間で、次元は md=dim⁡Sn≤dm_d = \dim S_n^{\le d}。