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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 2/7 步:拉尔曼的归约:把几何问题变成关于集合交集的问题
通俗地说

戴维·拉尔曼注意到一条捷径:如果只考察那些坐标全为 00 或 11 的 (0,1)(0,1) 向量,并且它们所含 11 的个数都相同,那么其中任意两个向量之间的距离完全由它们共享多少坐标决定——不需要微积分或连续几何,只需要计数有限集合之间的重叠部分。这就把博苏克的几何划分问题变成了一个纯粹的组合谜题,关于集合族以及如何控制它们的交集大小。

∥x−y∥22=2(k−∣A∩B∣),x,y∈{0,1}n of weight k\|x-y\|_2^2 = 2\big(k - |A \cap B|\big), \qquad x,y \in \{0,1\}^n \text{ of weight } k
详细分析

把一个 (0,1)(0,1) 向量 x∈{0,1}nx \in \{0,1\}^n 等同于 xx 取值为 11 的坐标构成的集合 A⊂{1,…,n}A \subset \{1,\ldots,n\}。若两个这样的向量 x,yx, y 都恰好有 kk 个1(对应大小为 kk 的集合 A,BA, B),则 ∥x−y∥22=2(k−∣A∩B∣)\|x-y\|_2^2 = 2(k - |A\cap B|):距离的平方随着重叠部分 ∣A∩B∣|A \cap B| 增大而恰好缩小,并且恰在 ∣A∩B∣|A \cap B| 尽可能小时取最大值。因此在 {1,…,n}\{1,\ldots,n\} 的所有 kk-子集中,处于最大(达到直径的)距离的那些对,正是交集最小的那些对。

拉尔曼注意到,把博苏克猜想限制在权重恒定的 (0,1)(0,1) 向量的有限集合上,就归约为一个简洁的组合命题:若 K\mathcal{K} 是 {1,…,n}\{1,\ldots,n\} 的一族 kk-子集,使得任意两个成员恰好共享 tt 个元素(于是 K\mathcal K 只有一种非平凡的两两距离,达到直径),那么能否总能把 K\mathcal K 划分成 nn 部分,使得每一部分内任意两个成员共享至少 t+1t+1 个元素(即处于严格更小的距离)?对这个纯粹有限性问题的一个反例——一族可证明需要远多于 nn 部分的 K\mathcal K——正是卡恩与卡莱接下来所构造的,而且他们甚至不需要以最简洁形式给出的定交集假设。

本步骤中的术语
权重恒定的 (0,1)(0,1) 向量
{0,1}n\{0,1\}^n 中的一个点,通过其取值为 11 的坐标被视为 {1,…,n}\{1,\ldots,n\} 的一个子集;'权重恒定为 kk' 是指所考虑的每个向量都恰好有 kk 个1,即对应一个 kk 元子集。
本步骤用到的知识