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定理証明済み

つり合い条件

内容

pp を2変数の熱帯多項式とし、vv をその熱帯曲線 V(p)V(p) の頂点とする。vv に接続する V(p)V(p) の辺が、原始整数方向ベクトル v1,…,vk∈Z2v_1, \dots, v_k \in \mathbb{Z}^2(いずれも vv から離れる向き)と正の整数の重み w1,…,wkw_1, \dots, w_k を持つとする。このとき ∑j=1kwjvj=0\sum_{j=1}^{k} w_j v_j = 0 が成り立つ。

なぜ正しいのか?

これは保存則であり、構造的には電気回路の節点におけるキルヒホッフの電流則と同一である:vv の近くでは、多項式 pp は vv で等しくなるアフィン片の最小値であり、各辺はそのうちちょうど2つが一致し続ける場所である。vv の周りを一周歩くと、辺を横切るたびに pp の傾きは wjvjw_j v_j に比例する量だけ跳ぶ。pp は一意に定まる連続関数であるから、これらの跳びは一周した後には打ち消し合わなければならず、それがまさにつり合いの方程式である。単なる多面体複体ではなく、この局所的な打ち消し合いこそが、熱帯曲線を真に代数的なもの——すなわち、任意の半直線と線分の寄せ集めではなく、正真正銘の熱帯多項式の角の軌跡——たらしめているのである。

証明の概略

p(x)=min⁡α∈S(cα+α⋅x)p(x) = \min_{\alpha \in S}(c_\alpha + \alpha \cdot x) は、各点 α∈S\alpha \in S を高さ cαc_\alpha に持ち上げてから下側凸包を平面へ射影して得られる、そのニュートン多角形 conv(S)\mathrm{conv}(S) の正則細分 Δp\Delta_p と双対であることを思い出そう。V(p)V(p) の各辺 ee は Δp\Delta_p のある辺 e∗e^* と双対である:ee は e∗e^* と直交し(90∘90^\circ 回転)、その重み ww は e∗e^* の格子長に等しい。V(p)V(p) の各頂点 vv は Δp\Delta_p のある 22 次元胞(多角形)σv\sigma_v と双対であり、vv に接続する V(p)V(p) の辺は、対応する巡回順序で、ちょうど σv\sigma_v の境界辺に対応する。閉多角形 σv\sigma_v の境界を一周たどると、その辺ベクトル e1∗,…,ek∗e_1^*, \dots, e_k^* の和はゼロになる——多角形は出発点に戻ってくるからである:e1∗+⋯+ek∗=0e_1^* + \cdots + e_k^* = 0。90∘90^\circ 回転は線形写像 RR であり、各 R(ej∗)R(e_j^*) は(固定された向きの選び方のもとで)wjvjw_j v_j に等しい(重み wjw_j は ej∗e_j^* の格子長であり、vjv_j は ej∗e_j^* を回転・原始ベクトルへ再スケールしたものである)。線形写像 RR を e1∗+⋯+ek∗=0e_1^* + \cdots + e_k^* = 0 の両辺に適用すると w1v1+⋯+wkvk=R(0)=0w_1 v_1 + \cdots + w_k v_k = R(0) = 0 が得られ、これがまさにつり合い条件である。

この定理を使うトピック

ステップごとの証明

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参考文献

  1. Diane Maclagan, Bernd Sturmfels (2015). Introduction to Tropical Geometry
  2. Grigory Mikhalkin (2005). Enumerative tropical algebraic geometry in R^2 · arXiv:math/0312530
  3. Imre Simon (1978). Limited subsets of a free monoid · DOI:10.1109/SFCS.1978.21