Aritmetikai kombinatorika

Az aritmetikai kombinatorika a matematikának egy interdiszciplináris területe, amely egy területen (ritkábban egy gyűrűben ) az összeadás és a szorzás műveletével  kialakult struktúrák közötti kapcsolatot vizsgálja.

A struktúra fogalmának megközelítése itt hasonló az additív kombinatorikához , és főként az összegek ( vagy szorzatok) halmazának méretén, az additív (vagy multiplikatív) energián és ezek különféle kombinációin alapul. Mezőként általában a valós vagy racionális számokat ( , ) és a modulo prím ( ) maradékokat veszik figyelembe.

A terminológia és a cikk tárgyának kétértelműsége

Az additív és aritmetikai kombinatorika fiatal, aktívan fejlődő tudományok. Módszereik és problémafelállítási módjaik nagyon hasonlóak, ezért az additív kombinatorika általában az aritmetika részének tekintendő. [1] Ez a cikk csak azokat a témaköröket írja le, amelyek mindkét mezőműveletet egy vagy olyan formában vagy azok inverzeit tartalmazzák, vagyis amelyek nem tartoznak a tisztán additív kombinatorikába (bár ez utóbbi az aritmetika meglehetősen jelentős részét teszi ki).

Ráadásul itt nem térünk ki a multiplikatív részcsoportok és a kapcsolódó halmazok additív-kombinatorikus tulajdonságaira vonatkozó kérdésekre, mivel bár definíciójuk a szorzáshoz kapcsolódik, a multiplikatív szerkezetük mereven rögzített, és ennek a tudománynak a kombinatorikus komponense magában foglal egyet-mást. általánosság a szerkezet fokát illetően (legalábbis állandóként működő paraméterrel).

Motiváció

Az aritmetikai kombinatorika fejlődését nagymértékben az összeg-szorzat tétel megjelenése motiválta , amely a halmazok nélkülözhetetlen növekedéséről beszél attól, hogy akár kombinatorikus összegzést, akár szorzást alkalmazunk rá, azaz két művelet egyikét:

Ebből következik, hogy e műveletek kombinációja növekedést is von maga után: ha , akkor

,

véges számú elem hozzáadása pedig csak marginálisan befolyásolja a növekedést. Mivel az összeg-szorzat tételt csak gyenge formában igazolták (a hipotézistől távol), egyes tudósok érdeklődést mutattak az ilyen jellegű állítások megszerzésében, amelyek a hipotézis bizonyítottnál erősebb formáiból következnének, és ezt követően az általános tanulmányozásban. két műveleti mező különböző kombinációinak eredményei közötti kapcsolat.

Például az Erdős-Szemeredy összeg-szorzat sejtés azt állítja, hogy [2]

Ebből a hipotézisből az következne, hogy , de halmazokra egyszerű kombinatorikus érveléssel könnyen elérhető ilyen eredmény anélkül is. [3]

Feladatok és eredmények

Ez a szakasz hagyományos jelöléseket használ az eredmények leírására (az O-jelölés magyarázata ):

Racionális kifejezések

A kérdés kijelentése

Legyen a halmazok feletti racionális kifejezés a köztük lévő számtani műveletek ( ) tetszőleges kombinációja . A művelet itt a többszörös összeg elve szerinti alkalmazást jelenti:

Például a következő halmazok racionális kifejezések a következőre :

  • maguk a készletek ;
  •  egy racionális kifejezés over ;
  • .

Az additív energiával analóg módon, amelyet gyakran használnak összegek halmazának becslésére, célszerű figyelembe venni egy racionális kifejezéssel rendelkező szimmetrikus egyenlet megoldásainak számát. Például,

[négy]

Az aritmetikai kombinatorika problémáinak egy lényeges részét a következő kérdés megfogalmazással fejezhetjük ki.

Legyen  — valamilyen mező (akár végtelen, akár kellően nagy egy adott végesek családjából),  — racionális kifejezések, és ezek közül legalább az egyik használja a vagy és legalább egy vagy .

Legyen néhány és beállítja a kapcsolatokat is

Kérdés

Hogyan függ a lehetséges értékek halmaza ?

jegyzet

Ha a mező véges, akkor célszerű a halmazt kiegészíteni a paraméterrel , ahol . [5]

Például az összeg-szorzat hipotézis kimondja, hogy ha , , , akkor (itt ).

Általában kiderül, hogy lineáris összefüggéseket vezet le a mennyiségek között , azaz egyenlőtlenségeket a különböző mennyiségek szorzatai és hatványai között .

Néhány eredmény

Az összegek és termékek általánosításáról:

[6] [7] [8] ; [9] ; [tíz] [tizenegy]

Az energiák általánosításáról:

  • bármely if esetén , akkor , és [13]

Változások

A kérdés kijelentése

A különböző műveleteket kombináló racionális kifejezések kiértékelésének ötlete abból a tényből származik, hogy egy halmazra additív művelet alkalmazása megfosztja multiplikatív szerkezetétől. Ugyanez az elv kiterjeszthető arra az esetre is, amikor a halmazt nem az elemenkénti összeadás összetett kombinatorikus műveletével változtatjuk meg, hanem egy közönséges additív eltolással - a halmaz összes eleméhez egy szám hozzáadásával. Ez várhatóan a legtöbb esetben megváltoztatja a halmaz multiplikatív szerkezetét (például ha , akkor egyeseknél az összesre vagy majdnem az összesre ). [tizennégy]

Kérdés

Rögzített (de tetszőleges) multiplikatív tulajdonságai (a szorzathalmaz mérete és a multiplikatív energia) a halmazok egymástól függenek . És azt is, hogy mik a különböző halmazok együttes multiplikatív tulajdonságai (például vannak-e nem triviális becslések a -n )?

Néhány eredmény
  • ha egyszerű , akkor:

Polinomok

A kérdés kijelentése

Az összeadás és szorzás kombinálásának gondolata természetesen a polinomok figyelembevételéhez vezet , vagyis ugyanazok a racionális kifejezések, amelyekben egy változó többször is megjelenhet (és így összetettebb hatással lehet a kapott halmaz szerkezetére). . Kiderült, hogy ebben az esetben a feltétel nélküli növekedés biztosításához nem szükséges a halmaz három példányát használni (mint a kifejezésben ), hanem elegendő két változóban kiválasztani a kívánt polinomot. [22] Bourgin vette észre először a polinom ilyen tulajdonságát . [23]

Ezenkívül, az összeg-szorzat tételével analóg módon, tetszőleges polinomok alsó határait tanulmányozzuk .

Néhány eredmény

Bourgain első eredménye: ha . Aztán egyesek számára ez igaz

[24]

A és összehasonlításakor a polinom degeneráltsága nagy jelentőséggel bír . Ha degenerált, azaz így ábrázoljuk , ahol  polinomok és , akkor mindkét összeg kicsinek bizonyulhat, ha  egy aritmetikai progresszió, mert . Ezért az eredmények csak nem degenerált polinomokra vannak megfogalmazva:

Mátrixszorzás

Tulajdonságok

Vannak eredmények az egyik vagy másik mátrix-alcsoportból (például a Heisenberg-csoportból ) származó mátrixkészletek szorzathalmazairól. Szigorúan véve ezek az eredmények egyetlen csoportműveletre vonatkoznak ( mátrixszorzás ), így additív kombinatorikáknak nevezhetjük őket . Ám az elemek összeadása és szorzása [27] e műveletének definícióján belüli összeolvadása , valamint az ebből fakadó kommutációmentesség nagyon atipikussá teszi tulajdonságait a hétköznapi csoportműveletekhez, például a valós számok összeadásához képest.

Például egy mátrixhalmaz gyakran úgy nőhet, hogy nagyon egyszerű feltételek mellett (nagy méret, az egyes elemek korlátozása vagy az alcsoportoktól való eltérés) önmagát megszorozhatja.

Néhány eredmény

A mátrixcsoportokra vonatkozó eredmények többsége, amikor tetszőleges mátrixhalmazokról van szó, a , nem pedig az értékét elemzi . Ez nem véletlen, hanem a kommutativitás hiányához kapcsolódó technikai szükségszerűség. [28]

  • ha , akkor a mátrixhalmazra (a Heisenberg-csoportban van) igaz, hogy , ahol [29]
  • let generálja a teljes csoportot és . Aztán [30]
  • ha és , akkor a struktúra erősen kapcsolódik alcsoportokhoz (ez a kapcsolat kifejezésekkel fejezhető ki ) [32]
Alkalmazások

A csoport és a Chevalley csoport növekedésének vizsgálatára szolgáló analitikai módszerek felhasználhatók a Zaremba sejtés egy speciális formájának levezetésére . [33] [34]

Lásd még

Hivatkozások

  • Oliver Roche-Newton, Z. Ruzsa Imre, Chun-Yen Shen, Ilya D. Shkredov. A készlet méretéről . - 2018. - arXiv : 1801.10431v1 . 
  • Oliver Roche-Newton, Ilja D. Shkredov. Ha kicsi , akkor szuperkvadratikus  . - 2019. - arXiv : 1810.10842v2 .
  • Brandon Hanson, Oliver Roche-Newton, Dmitrii Zhelezov. Iterált termékkészleteken műszakokkal  . - 2018. - arXiv : 1801.07982v1 .
  • Brandon Hanson, Oliver Roche-Newton, Dmitrii Zhelezov. Iterált termékkészleteken műszakokkal  II . - 2018. - arXiv : math/1806.01697v1 .
  • Audie Warren. Az önkényes mezők műszakainak  termékeiről . - 2019. - arXiv : 1812.01981v2 .
  • Bryce Kerr, Simon Macourt. Multilineáris exponenciális összegek általános súlyosztályokkal  . - 2019. - arXiv : 1901.00975v2 .
  • Konstantin I. Olmezov, Aliaksei S. Semchankau, Ilya D. Shkredov. A népszerű összegekről és a kistermékekkel rendelkező készletek  különbségeiről . - 2019. - arXiv : 1911.12005v1 .
  • Brandon Hanson, Oliver Roche-Newton, Misha Rudnev. Nagyobb konvexitás és iterált összeghalmazok  . - 2020. - arXiv : 2005.00125v1 .
  • Ilja D. Shkredov. Néhány megjegyzés a Heisenberg csoport és az affin  csoport készleteinek termékeihez . - 2019. - arXiv : 1907.03357 .
  • Misha Rudnev, Ilya D. Shkredov. A növekedési ütemre vonatkozóan az affin csoport és az összeg-terméktípus hatásai  . - 2019. - arXiv : 1812.01671v3 .
  • H.A. Helfgott. Növekedés (angol) . - 2009. - arXiv : 0807.2027 . 
  • Nikolay G. Moshchevitin, Ilya D. Shkredov. Zaremba sejtésének  moduláris formáján . - 2019. - arXiv : 1911.07487 .
  • Ilja D. Shkredov. Növekedés a Chevalley csoportokban a parabolikus alcsoportokhoz és egyes  alkalmazásokhoz képest . - 2020. - arXiv : 2003.12785 .

Jegyzetek

  1. A fordítottja nem igaz – mivel az "adalék" szó az angolból származik.  kiegészítés (kiegészítés), használata határozottan nem megfelelő a cikk tárgyához. Például Green Tao monográfiájának áttekintésében , amikor az összeg-szorzat tételről kezd beszélni, megemlíti, hogy eltér az additív kombinatorika definíciójától ("Bár félek az additív kombinatorika definíciójától... ").
  2. Erdös, Szemerédi, 1983 .
  3. Roche-Newton, Ruzsa, Shen, Shkredov, 2018 , megjegyzés az 1.5 tétel után
  4. A továbbiakban használt megnevezés nem általánosan elfogadott.
  5. Lásd a magyarázatot az összeg-szorzat tétel példájára: Garaev, 2010 (1.1. tétel és a közvetlenül utána található megjegyzés)
  6. Balog, 2011 .
  7. Részlet S. V. Konyagin jelentéséből
  8. Shkredov, Zhelezov, 2016 , 2. következmény
  9. , részletekért lásd: Roche-Newton, Ruzsa, Shen, Shkredov, 2018
  10. , a részletekért lásd: Roche-Newton, Shkredov, 2019
  11. Balog, Roche-Newton, Zhelezov, 2016 .
  12. Olmezov, Semchankau, Shkredov, 2019 , 12. mondat
  13. Kerr, Macourt, 2019 , 2.11
  14. Ennek a fordítottja általánosságban nem igaz: a multiplikatív eltolódás semmilyen módon nem változtathatja meg a halmaz additív tulajdonságait. Ha  egy aritmetikai progresszió és , akkor bármely . De néha kiderül, hogy hasonló gondolatokat használnak – lásd például a 2. Lemma in Glibichuk, 2006 , ahol a Waring-probléma analógjának bizonyításakor egy véges mezőben hasonló állítást fogalmaznak meg a létezésről szóló együttes additív energiával kapcsolatban. a szükséges műszakról.
  15. Stevens, de Zeeuw, 2017 , 10. vizsgálat
  16. Warren, 2019 .
  17. Shkredov, 2013 , következmény 5.8
  18. Hanson, Roche-Newton, Zhelezov (I), 2018 .
  19. Shkredov, 2017 , 12. tétel
  20. Hanson, Roche-Newton, Rudnev, 2020 , 4.1. tétel
  21. Hanson, Roche-Newton, Zhelezov (II), 2018 .
  22. A polinomokat, így vagy úgy, egy halmaz növekedésével kapcsolatban, gyakran nevezik bővítőnek a szakirodalomban.
  23. Lásd az 5.2 szakaszt: Garaev, 2010
  24. Bourgain, 2005 , 2.1. tétel (lásd még az orosz változatot: Garaev, 2010 , 5.2. tétel)
  25. Koh, Mojarrad, Pham, Valculescu, 2018 , 1.10. tétel
  26. Vu, 2007 , 1.2. Tétel
  27. A mátrixok szorzatának bármely eleme valójában polinom a szorzott mátrixok elemeiben
  28. Lásd: Helfgott, 2009 , lábjegyzet a p. 3, valamint az a tény, hogy a Plünnecke-Rouge egyenlőtlenség a nem kommutatív csoportokban sajátos formával rendelkezik.
  29. Shkredov, 2019 , 2. tétel
  30. Rudnev, Shkredov, 2019 , 2. tétel
  31. Lásd Nikolov, Pyber, 2007 , 2. mondat és megjegyzés: Helfgott, 2009 , az 1.3.1. szakasz elején
  32. Helfgott, 2009 , 1.1. Tétel
  33. Moshchevitin, Shkredov, 2019 .
  34. Shkredov, 2020 .