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解法:用彩虹树证明林格尔猜想(2020年)

第 2/8 步:罗萨与科齐格的捷径:彩虹树蕴含分解
通俗地说

与其直接攻克分解问题,不如按照围绕一个标有 00 到 2n2n 的 2n+12n+1 个点的圆周循环距离给 K2n+1K_{2n+1} 的每条边染色:每当两个端点沿一个方向相距 kk 步时,边 ijij 就得到颜色 kk。如果树 TT 的某个副本碰巧恰好用了全部 nn 种颜色各一次(称为“彩虹”副本),那么只需把这个副本沿圆周旋转 2n+12n+1 次,就能扫出用尽 K2n+1K_{2n+1} 所有边的 2n+12n+1 个不相交副本——因为旋转保持颜色不变,每个颜色类在每次旋转中恰好被用掉一次。

every ND-coloured K2n+1 has a rainbow copy of every n-edge tree\text{every ND-coloured } K_{2n+1} \text{ has a rainbow copy of every } n\text{-edge tree}
详细分析

罗萨提出了处理林格尔猜想的优美标号方法,科齐格则用彩虹子图的语言重新表述了它(蒙哥马利-波克罗夫斯基-苏达科夫2021年,第1节)。固定 K2n+1K_{2n+1} 的顶点集为 {0,…,2n}\{0,\ldots,2n\},定义近距离(ND)染色:colour edge ij by k∈[n] if i≡j+k or j≡i+k(mod2n+1)\text{colour edge } ij \text{ by } k \in [n] \text{ if } i \equiv j+k \text{ or } j \equiv i+k \pmod{2n+1}。科齐格观察到,若染成ND色的 K2n+1K_{2n+1} 含有 a rainbow copy of T has all its n edges in distinct colours\text{a rainbow copy of } T \text{ has all its } n \text{ edges in distinct colours},那么把这个彩虹副本循环旋转 2n+12n+1 次得到的副本两两边不相交,并共同分解了 K2n+1K_{2n+1},因为旋转只会把边送到同色的其他边。科齐格进一步猜想彩虹副本总是存在;蒙哥马利、波克罗夫斯基与苏达科夫的定理2.1恰好对大的 nn 证明了这一点,根据科齐格的观察,这立即蕴含了林格尔的定理1.2。

本步骤中的术语
彩虹子图
边染色图的一个子图,其中每条边的颜色都互不相同。
ND染色(近距离染色)
在顶点集 {0,…,2n}\{0,\ldots,2n\} 上对 K2n+1K_{2n+1} 的边染色,当边的两端点循环距离为 kk 时(对 k∈[n]k \in [n]),该边被赋予颜色 kk。
本步骤用到的知识