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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 6/7: 大偏差で単項式を数える:定数 2.7562.756
ざっくり言うと

残るのは算術だけである:3n3^n 個の単項式のうち、実際に全次数が 2n/32n/3 以下であるものはいくつか、最大可能次数 2n2n のうちで?nn 個の座標それぞれが独立に次数 00、11、または 22 を寄与するので、これはまさに nn 個の独立なランダムな桁の和が通常の平均を下回る確率であり、古典的な大偏差(チェルノフ型)計算である。

3e−I(2/3)<2.7563e^{-I(2/3)} < 2.756
詳しい解説

エレンバーグとハイスヴァイト(2017年、最終計算)は、m(q−1)n/3/qnm_{(q-1)n/3}/q^n が {0,…,q−1}\{0,\ldots,q-1\} 上の独立な一様確率変数 nn 個の和が (q−1)n/3(q-1)n/3 以下となる確率、すなわちその平均 (q−1)n/2(q-1)n/2 よりはるかに下であることの確率にちょうど等しいことに注目する。標準的な大偏差理論により lim⁡n→∞1nlog⁡(m(q−1)n/3/qn)=−I((q−1)/3)\lim_{n\to\infty} \frac{1}{n}\log(m_{(q-1)n/3}/q^n) = -I((q-1)/3) が得られる。ここで I(x)=sup⁡θ(θx−log⁡1+eθ+⋯+e(q−1)θq)I(x) = \sup_\theta \left(\theta x - \log\frac{1+e^\theta+\cdots+e^{(q-1)\theta}}{q}\right) は単一の一様な桁のルジャンドル変換レート関数である。キャップ集合の場合として q=3, x=2/3q=3,\ x=2/3 を代入し θ\theta について最適化すると、数値評価 3e−I(2/3)<2.7563e^{-I(2/3)} < 2.756 が得られる。

このステップの用語
大偏差 / レート関数
大偏差理論は、多くの独立確率変数の和がその平均から遠く離れた場所に落ちる指数的に小さい確率を評価する。レート関数 I(x)I(x) がその確率の指数を制御する。