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未解决问题,几何学,1694年提出

接吻数问题

部分解决

对每个维数 n≥1n \ge 1,确定接吻数 k(n)k(n):即在欧几里得空间 Rn\mathbb{R}^n 中,能够同时与中心单位球相切且内部互不重叠的单位球的最大数量。

研究前沿 截至2026年

截至2026年,接吻数 k(n)k(n) 的精确值仅在六个维数中已知:k(1)=2k(1) = 2、k(2)=6k(2) = 6、k(3)=12k(3) = 12(许特–范德瓦尔登,1953)、k(4)=24k(4) = 24(穆辛,2003/2008)、k(8)=240k(8) = 240 以及 k(24)=196,560k(24) = 196,560(奥德利兹科–斯隆与列文施泰因,1979)。早在 55 维情形该问题便已悬而未决,目前已知 40≤k(5)≤4440 \le k(5) \le 44(其中 4040 由根格 D5D_5 达到),而在 66 维中为 72≤k(6)≤7772 \le k(6) \le 77(其中 7272 由 E6E_6 达到)。当 n→∞n \to \infty 时,最优渐近下界为 k(n)≥(1+o(1))3π42log⁡(3/2)⋅n3/2(2/3)nk(n) \ge (1+o(1)) \frac{\sqrt{3\pi}}{4\sqrt{2}} \log(3/2) \cdot n^{3/2} (2/\sqrt{3})^n(延森、约斯与帕金斯,2018),而最优渐近上界仍是1978年的卡巴江斯基–列文施泰因界 k(n)≤20.401414n(1+o(1))k(n) \le 2^{0.401414 n (1 + o(1))}。

已知最佳结果

  • 在维数 1,2,3,4,8,241, 2, 3, 4, 8, 24 中已证明精确值:k(1)=2k(1)=2、k(2)=6k(2)=6、k(3)=12k(3)=12、k(4)=24k(4)=24、k(8)=240k(8)=240 和 k(24)=196,560k(24)=196,560。
  • 在维数 5,6,75, 6, 7 中,半正定规划上界与格构造给出 40≤k(5)≤4440 \le k(5) \le 44、72≤k(6)≤7772 \le k(6) \le 77 和 126≤k(7)≤134126 \le k(7) \le 134(巴肖克–瓦伦丁 2008;米特尔曼–瓦伦丁 2010;马查多–德奥利维拉·菲略 2018)。

使用的方法及其局限

方法取得的结果局限所在
德尔萨特线性规划界与穆辛推广利用盖根鲍尔(超球)多项式的正定展开,严格证明了 E8E_8 格(k(8)=240k(8)=240)、利奇格(k(24)=196,560k(24)=196,560)以及正 2424-胞体(k(4)=24k(4)=24)的精确最优性。两点相关不等式在 n=5,6,7n=5, 6, 7 等维数中无法排除几何上不可实现的两点距离分布,从而在最优格配置上方留下了若干个球的差距。
多点半正定规划层级(巴肖克–瓦伦丁、拉塞尔)引入三点与四点球谐函数约束,从而在 5≤n≤235 \le n \le 23 维全面压低了上界。矩阵规模与多项式次数随维数 nn 及层级阶数急剧膨胀,在 55 维中尚未压低至 4040 即遭遇计算瓶颈。

尚未解决的问题

  • 五维空间的接吻数是否恰好等于 D5D_5 根格所达到的 k(5)=40k(5) = 40?
  • 目前介于 log⁡2(2/3)≈0.2075\log_2(2/\sqrt{3}) \approx 0.2075 与 0.40140.4014 之间的真实指数增长率 lim⁡n→∞n−1log⁡2k(n)\lim_{n\to\infty} n^{-1} \log_2 k(n) 究竟是多少?

参考文献

  1. Oleg R. Musin (2008). The kissing number in four dimensions · DOI:10.4007/annals.2008.168.1 · arXiv:math/0309430
  2. Andrew M. Odlyzko, Neil J. A. Sloane (1979). New bounds for kissing numbers · DOI:10.1007/978-1-4757-6568-7_19
  3. Christine Bachoc, Frank Vallentin (2008). New upper bounds for kissing numbers from semidefinite programming · DOI:10.1090/S0894-0347-07-00589-9