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解法:卡恩与卡莱利用弗兰克尔–威尔逊定理反驳博苏克猜想

第 1/7 步:博苏克1933年的猜想:是否 f(d)=d+1f(d) = d+1?
通俗地说

把一个具有给定宽度的图形切成若干更小、宽度严格更窄的部分——就像把一张圆披萨切成若干扇形,使得没有一块扇形像整张披萨那么宽。在平面上,三块总是够用;在空间中,四块够用。博苏克猜想这种模式——比维数多一——会永远持续下去,六十年来人人都相信这一点,因为已知它对光滑的圆形以及任意维数中关于中心对称的图形都成立。

f(d):=min⁡{k:every set of diameter 1 in Rd splits into k sets of smaller diameter}f(d) := \min\{k : \text{every set of diameter } 1 \text{ in } \mathbb{R}^d \text{ splits into } k \text{ sets of smaller diameter}\}
详细分析

1933年,博苏克猜想:任意有界集合 S⊂RnS \subset \mathbb{R}^n 都可以划分为 n+1n+1 块,每块的直径严格小于 d(S)=max⁡x,y∈S∥x−y∥2d(S) = \max_{x,y \in S} \|x-y\|_2。下界 f(n)≥n+1f(n) \ge n+1 容易得到(正单形的顶点,或者通过博苏克–乌拉姆定理得到的球,都需要这么多块);该猜想在 n=2n=2 与 n=3n=3 维已被证明成立,且对任意维数中所有关于中心对称或光滑的凸体都成立,这正是它被广泛相信的原因。

在卡恩与卡莱之前,已有几位学者提出:如果反例存在,它很可能来自组合数学而非光滑几何。1965年,路德维希·丹泽尔证明,一个具有固定权重的有限 {0,1}\{0,1\} 向量集合不能被 (1.003)d(1.003)^d 个直径更小的球覆盖,这是高维组合构型抵抗小规模划分的第一个迹象;保罗·埃尔德什与戴维·拉尔曼各自独立地提出了沿此方向存在真正反例的可能性。

本步骤中的术语
集合的直径
集合 SS 中任意两点 x,yx, y 之间的最大距离 ∥x−y∥2\|x-y\|_2;划分成"直径更小"的若干块,是指每一块自身内部的最大距离都严格小于整个集合的直径。
关于中心对称的凸体
一个具有中心点 cc 的凸形状 SS,满足 x∈Sx \in S 就有 2c−x∈S2c - x \in S(该形状绕 cc 旋转 180°180° 后看起来相同),例如球、立方体或椭圆。
本步骤用到的知识