Math Labs

Bài toán mở, Hình học, nêu năm 1694

Bài toán số tiếp xúc (kissing number)

Giải một phần

Với mỗi số chiều n≥1n \ge 1, xác định số tiếp xúc k(n)k(n): số lượng tối đa các hình cầu đơn vị đôi một không chồng lấn trong không gian Euclid Rn\mathbb{R}^n có thể đồng thời tiếp xúc với một hình cầu đơn vị ở tâm.

Hiện trạng nghiên cứu tính đến năm 2026

Tính đến năm 2026, số tiếp xúc chính xác k(n)k(n) mới chỉ được xác định ở sáu số chiều: k(1)=2k(1) = 2, k(2)=6k(2) = 6, k(3)=12k(3) = 12 (Schütte–van der Waerden, 1953), k(4)=24k(4) = 24 (Musin, 2003/2008), k(8)=240k(8) = 240 và k(24)=196,560k(24) = 196,560 (Odlyzko–Sloane và Levenshtein, 1979). Ngay ở chiều 55, bài toán vẫn còn mở với 40≤k(5)≤4440 \le k(5) \le 44 (trong đó 4040 đạt được bởi mạng nghiệm D5D_5), và ở chiều 66 với 72≤k(6)≤7772 \le k(6) \le 77 (trong đó 7272 đạt được bởi E6E_6). Khi n→∞n \to \infty, cận dưới tiệm cận tốt nhất là 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 (Jenssen, Joos và Perkins, 2018), còn cận trên tiệm cận tốt nhất vẫn là cận Kabatiansky–Levenshtein năm 1978: k(n)≤20.401414n(1+o(1))k(n) \le 2^{0.401414 n (1 + o(1))}.

Kết quả tốt nhất đã biết

  • Giá trị chính xác đã được chứng minh ở các số chiều 1,2,3,4,8,241, 2, 3, 4, 8, 24: 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 và k(24)=196,560k(24)=196,560.
  • Ở các chiều 5,6,75, 6, 7, các cận quy hoạch nửa xác định và cấu trúc mạng cho 40≤k(5)≤4440 \le k(5) \le 44, 72≤k(6)≤7772 \le k(6) \le 77 và 126≤k(7)≤134126 \le k(7) \le 134 (Bachoc–Vallentin 2008; Mittelmann–Vallentin 2010; Machado–de Oliveira Filho 2018).

Công cụ và chỗ dừng

Công cụĐạt đượcChỗ dừng
Cận quy hoạch tuyến tính Delsarte và mở rộng của MusinSử dụng khai triển xác định dương theo đa thức Gegenbauer (siêu cầu) để chứng minh tính tối ưu chính xác của mạng E8E_8 (k(8)=240k(8)=240), mạng Leech (k(24)=196,560k(24)=196,560) và đa bào 2424-cell (k(4)=24k(4)=24).Các bất đẳng thức tương quan hai điểm không thể phân biệt các phân bố khoảng cách đôi một không thể hiện thực hóa được ở các chiều như n=5,6,7n=5, 6, 7, để lại khoảng cách vài quả cầu phía trên các mạng tốt nhất.
Phân cấp quy hoạch nửa xác định đa điểm (Bachoc–Vallentin, Lasserre)Đưa thêm các ràng buộc hàm điều hòa cầu ba điểm và bốn điểm để hạ thấp cận trên ở khắp các chiều 5≤n≤235 \le n \le 23.Kích thước ma trận và bậc đa thức tăng rất nhanh theo nn và theo bậc phân cấp, bị chững lại trước khi chạm mốc 4040 ở chiều 55.

Câu hỏi còn mở

  • Liệu số tiếp xúc trong không gian năm chiều có bằng đúng k(5)=40k(5) = 40, giá trị đạt được bởi mạng nghiệm D5D_5 hay không?
  • Tốc độ tăng hàm mũ thực sự lim⁡n→∞n−1log⁡2k(n)\lim_{n\to\infty} n^{-1} \log_2 k(n) — hiện nằm giữa log⁡2(2/3)≈0.2075\log_2(2/\sqrt{3}) \approx 0.2075 và 0.40140.4014 — bằng bao nhiêu?

Tài liệu tham khảo

  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