مشكلة المسافات المتميزة في إردو

في الهندسة المتقطعة ، تنص مسألة المسافات المتميزة لإردوش على أن كل مجموعة من النقاط في المستوى لها عدد خطي تقريبًا من المسافات المتميزة. وقد طرحها بول إردوش عام 1946. [ 1 ] [ 2 ] أما أفضل نتيجة حالية فقد حققها لاري غوث ونيتس كاتز عام 2015. [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]

اعتبر إردوش هذه المشكلة "أبرز إسهاماته في الهندسة". [ 6 ]

التخمين

ضع n نقطة مميزة في مستوى. يوجد12(ن2-ن){\displaystyle {\tfrac {1}{2}}(n^{2}-n)}توجد أزواج متميزة بينهما. من بين هذه الأزواج، بعضها له نفس الطول، وبعضها الآخر له أطوال مختلفة. الحد الأقصى لعدد الأطوال المختلفة التي يمكن تحقيقها هو12(ن2-ن){\displaystyle {\tfrac {1}{2}}(n^{2}-n)}، باستخدام النقاط التالية:(0،0)،(0،1)،(0،3)،(0،7)،...،(0،2ن-1-1){\displaystyle (0,0),(0,1),(0,3),(0,7),\dots ,(0,2^{n-1}-1)}.

يُعدّ إيجاد الحد الأدنى لعدد الأطوال المختلفة الممكنة أكثر صعوبة. لنفترض أن هذا العدد هو g ( n ) . وبصورة مكافئة، هو أصغر عدد ممكن من عناصر مجموعة المسافات الخاصة بها .

أثبت إردوش في بحثه الذي نشره عام 1946 صحة التقديرات

ن-3/4-1/2ز(ن)جن/سجلن{\displaystyle {\sqrt {n-3/4}}-1/2\leq g(n)\leq cn/{\sqrt {\log n}}}

لبعض الثوابتج{\displaystyle c}باستخدام ترميز Big-O،زيا(ن/سجلن){\displaystyle g\leq O(n/{\sqrt {\log n}})}.

تم تحديد الحد الأدنى من خلال حجة بسيطة. أما الحد الأعلى فيتم تحديده بواسطة...ن×ن{\displaystyle {\sqrt {n}}\times {\sqrt {n}}}شبكة مربعة. بالنسبة لمثل هذه الشبكة، يوجديا(ن/سجلن){\displaystyle O(n/{\sqrt {\log n}})}الأعداد الأقل من n والتي تمثل مجموع مربعين، معبر عنها برمز Big O ؛ انظر ثابت Landau-Ramanujan .

افترض إردوش أن الحد الأعلىيا(ن/سجلن){\displaystyle O(n/{\sqrt {\log n}})}يكاد يكون محكماً للغاية:ز(ن)=Ω(نج){\displaystyle g(n)=\Omega (n^{c})}ينطبق هذا على كل قيمة لـ c أقل من 1 ، باستخدام ترميز أوميغا الكبير . باختصار،ز(ن)Ω*(ن){\displaystyle g(n)\geq \Omega _{*}(n)}.

وافترض كذلك أن الحد الأعلى ضيق للغاية :ز(ن)=Θ(ن/سجلن){\displaystyle g(n)=\Theta (n/{\sqrt {\log n}})}وعرضت جائزة قدرها 500 دولار لمن يثبت صحة الفرضية أو ينفيها. [ 7 ]

نتائج جزئية

تم تحسين الحد الأدنى الذي وضعه بول إردوش عام 1946 للدالة g ( n ) = Ω ( n 1/2 ) بشكل متتابع إلى:

المتغيرات

مجموعات فرعية مقيدة

بدلاً من السماح بوضع النقاط n المختلفة في أي مكان في المستوى، يمكننا أيضاً اشتراط أن تستوفي هذه النقاط قيوداً معينة. وبشكل عام، كلما كانت القيود أكثر صرامة، زاد حجمها.ز{\displaystyle g}يحصل.

إذا اشترطنا أن تقع النقاط على خط واحد، فـزخط(ن)=ن-1{\displaystyle g_{\text{line}}(n)=n-1}بجعل النقاط متباعدة بمسافات متساوية. إذا أردنا أن تقع النقاط على دائرة واحدة، فـزدائرة(ن)=ن/2{\displaystyle g_{\text{circle}}(n)=\lfloor n/2\rfloor }بوضع النقاط على مسافات متساوية حول الدائرة. وبشكل أعم، إذا أردنا أن تشكل النقاط مضلعًا محدبًا، فإنزمحدب(ن)=ن/2{\displaystyle g_{\text{convex}}(n)=\lfloor n/2\rfloor }وينطبق الأمر نفسه إذا اشترطنا أن تشكل النقاط مضلعًا محدبًا تمامًا. [ 15 ] [ 16 ]

إذا اشترطنا أن تكون النقاط في وضع عام ، أي ألا تكون ثلاث نقاط على استقامة واحدة وألا تكون أربع نقاط على دائرة واحدة، فإن المسألة تبقى مفتوحة. وأفضل نتيجة حالية هيزgen(ن)Ω(ن){\displaystyle g_{\text{gen}}(n)\geq \Omega (n)}وزgenن2يا(سجلن){\displaystyle g_{\text{gen}}\leq n2^{O({\sqrt {\log n}})}}[ 17 ]

إذا اشترطنا أن تكون النقاط في وضع عام، وألا تشكل أي أربع نقاط متوازي أضلاع ، فإن المسألة تبقى مفتوحة. وأفضل نتيجة حالية هيزفقرة(ن)Ω(ن){\displaystyle g_{\text{para}}(n)\geq \Omega (n)}وزفقرةيا(ن2/سجلن){\displaystyle g_{\text{para}}\leq O(n^{2}/{\sqrt {\log n}})}[ 18 ] [ 17 ]

انظر القسم 3 من [ 19 ] لمزيد من المشاكل والنتائج من هذا النوع.

أبعاد أعلى

كما نظر إردوش في النسخة ذات الأبعاد الأعلى من المشكلة: لـد3{\displaystyle d\geq 3}يتركزد(ن){\displaystyle g_{d}(n)}يشير إلى الحد الأدنى الممكن لعدد المسافات المختلفة بينن{\displaystyle n}النقاط فيد{\displaystyle d}الفضاء الإقليدي ذو الأبعاد n . وقد أثبت ذلكزد(ن)=Ω(ن1/د){\displaystyle g_{d}(n)=\Omega (n^{1/d})}وزد(ن)=يا(ن2/د){\displaystyle g_{d}(n)=O(n^{2/d})}وتكهن بأن الحد الأعلى دقيق بالفعل، أيزد(ن)=Θ(ن2/د){\displaystyle g_{d}(n)=\Theta (n^{2/d})}. حصل József Solymosi و Van H. Vu على الحد الأدنىزد(ن)=Ω(ن2/د-2/د(د+2)){\displaystyle g_{d}(n)=\أوميغا (n^{2/d-2/d(d+2)})}في عام 2008. [ 20 ]

من جهة أخرى، من المعروف حاليًا أنز3(ن)Ω*(ن3/5){\displaystyle g_{3}(n)\geq \Omega _{*}(n^{3/5})}بتطبيق علاقة التكرار الواردة في [ 21 ] على النتيجةز2(ن)Ω*(ن){\displaystyle g_{2}(n)\geq \Omega _{*}(n)}( غوث وكاتز 2015 ) . [ 19 ]

المعايير العامة

يمكن طرح السؤال نفسه لأي فضاء معياري . بالنظر إلى معيار{\displaystyle \|\cdot \|}، يُعرِّفز(ن){\displaystyle g_{\|\cdot \|}(n)}وبناءً على ذلك، تُحل المشكلة في الحالة العامة . تحديدًا، عند إعطاء أي عدد صحيحد2{\displaystyle d\geq 2}، بالنسبة لجميع المعايير تقريبًا{\displaystyle \|\cdot \|}،ز(ن)=(1-o(1))ن{\displaystyle g_{\|\cdot \|}(n)=(1-o(1))n}أي أن مجموعة المعايير التي تنتهك هذا الشرط ضئيلة في مجموعة جميع معاييرRد{\displaystyle \mathbb {R} ^{d}}، باعتبارها فضاءً متريًا ، يتم قياسه بواسطة مسافة هاوسدورف بين الكرات ذات المعيار الواحد. [ 19 ] [ 22 ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. إردوش، بول (1946). "حول مجموعات المسافات منن{\displaystyle n}النقاط" (ملف PDF) . المجلة الرياضية الأمريكية الشهرية . 53 (5): 248-250 . doi : 10.2307/2305092 . JSTOR 2305092 . 
  2. غاريبالدي، جوليا؛ إيوسيفيتش، أليكس؛ سينغر، ستيفن (2011)، مسألة مسافة إردوش ، مكتبة الطلاب الرياضية، المجلد 56، بروفيدنس، رود آيلاند: الجمعية الرياضية الأمريكية، ISBN  978-0-8218-5281-1MR 2721878 
  3. غوث ، لاري ؛ كاتز، نيتس هوك (2015). "حول مسألة إردوش للمسافات المتميزة في المستوى". حوليات الرياضيات . 181 (1): 155-190 . arXiv : 1011.4105 . doi : 10.4007 / annals.2015.181.1.2 . MR 3272924. Zbl 1310.52019 .  
  4. حد غوث-كاتز على مسألة مسافة إردوش ، شرح مفصل للبرهان، بقلم تيرينس تاو
  5. حل غوث وكاتز لمشكلة المسافات المميزة لإردوس ، مشاركة ضيف بقلم يانوس باش علىمدونة جيل كالاي
  6. إردوش، بول (1996). "حول بعض نظرياتي المفضلة" . التوافقية، بول إردوش يبلغ من العمر ثمانين عامًا . 0 : 97-132 .
  7. ^ اردوس ، بول (1995). "بعض مشاكلي المفضلة في نظرية الأعداد والتوافقيات والهندسة" (PDF) . بحوث معهد الرياضيات والإحصاء بجامعة ساو باولو . 2 (2): 165- 186.
  8. موسر، ليو (1952). "حول المسافات المختلفة التي تحددهان{\displaystyle n}" نقاط". المجلة الرياضية الأمريكية الشهرية . 59 (2): 85-91 . doi : 10.2307/2307105 . JSTOR 2307105. MR 0046663 .  
  9. تشونغ، فان (1984). "عدد المسافات المختلفة التي يحددهان{\displaystyle n}النقاط في المستوى" (ملف PDF) . مجلة نظرية التوافيق . السلسلة أ. 36 (3): 342-354 . doi : 10.1016/0097-3165(84)90041-4 . MR 0744082 . 
  10. تشونغ، فان ؛ سزيميريدي، إندري ؛ تروتر، ويليام ت. (1992). "عدد المسافات المختلفة التي تحددها مجموعة من النقاط في المستوى الإقليدي" ( ملف PDF) . الهندسة المنفصلة والحسابية . 7 : 342-354 . doi : 10.1007/BF02187820 . MR 1134448. S2CID 10637819 .  
  11. سيكلي، لازلو أ . (1993). "أعداد التقاطع ومسائل إردوش الصعبة في الهندسة المتقطعة". التوافقية، الاحتمالات والحوسبة . 11 (3): 1-10 . doi : 10.1017/S0963548397002976 . MR 1464571. S2CID 36602807 .  
  12. ^ سوليموزي، جوزيف ؛ توث، كسابا د. (2001). "المسافات المميزة في الطائرة" . الهندسة المنفصلة والحسابية . 25 (4): 629-634 . دوى : 10.1007 / s00454-001-0009-z . السيد 1838423 . 
  13. تاردوس، غابور (2003). "حول المجاميع المتميزة والمسافات المتميزة" . التقدم في الرياضيات . 180 (1): 275-289 . doi : 10.1016/s0001-8708(03)00004-5 . MR 2019225 . 
  14. كاتز، نيتس هوك ؛ تاردوس، غابور (2004). "متباينة جديدة للإنتروبيا لمسألة مسافة إردوش". في باتش، يانوس (محرر). نحو نظرية للرسوم البيانية الهندسية . الرياضيات المعاصرة. المجلد 342. بروفيدنس، رود آيلاند: الجمعية الرياضية الأمريكية. الصفحات 119-126 . doi : 10.1090/conm/342/06136 . ISBN   978-0-8218-3484-8MR 2065258 
  15. ألتمان، إي. (فبراير 1963). "حول مسألة لـ ب. إردوس" . المجلة الرياضية الأمريكية الشهرية . 70 (2): 148-157 . doi : 10.1080/00029890.1963.11990057 . ISSN 0002-9890 . 
  16. ألتمان، إي. (سبتمبر 1972). "بعض النظريات حول المضلعات المحدبة" . النشرة الرياضية الكندية . 15 (3): 329-340 . doi : 10.4153/CMB-1972-060-0 .
  17. 1 2 اردوس، بول؛ فوريدي، زولتان؛ باش، يانوس؛ روزا، إيمري ز. (فبراير 1993). "تمت إعادة النظر في الشبكة" . الرياضيات المنفصلة . 111 ( 1– 3): 189– 196. دوى : 10.1016/0012-365X(93)90155-M .
  18. دوميتريسكو، أدريان (ديسمبر 2008). "حول المسافات المتميزة بين النقاط في الوضع العام ومسائل أخرى ذات صلة" . مجلة الرياضيات الهنغارية . 57 (2): 165-176 . doi : 10.1007/s10998-008-8165-4 . ISSN 0031-5303 . 
  19. 1 2 3 شيفر، آدم (2018-07-02). "المسافات المتميزة: المشكلات المفتوحة والحدود الحالية". arXiv : 1406.1949v3 [ math.CO ].
  20. ^ سوليموزي، جوزيف ؛ فو، فان هـ. (2008). “بالقرب من الحدود المثلى لمشكلة المسافات المميزة في Erdős بأبعاد عالية”. كومبيناتوريكا . 28 : 113 – 125. دوى : 10.1007 / s00493-008-2099-1 . السيد 2399013 . S2CID 2225458 .  
  21. ^ سوليموزي، جوزيف؛ فو ، فان هـ. (2008-01-01). "قرب الحدود المثلى لمشكلة المسافات المميزة في Erdős في الأبعاد العالية" . كومبيناتوريكا . 28 (1): 113-125 . دوى : 10.1007 / s00493-008-2099-1 . ردمك 1439-6912 . 
  22. ألون، نوغا؛ بوتشيتش، ماتيجا؛ ساورمان، ليزا (2025-02-01). "المسافات الوحدوية والمسافات المتميزة في المعايير النموذجية" . التحليل الهندسي والوظيفي . 35 (1): 1-42 . doi : 10.1007/s00039-025-00698-x . ISSN 1420-8970 . 

للمزيد من القراءة

  • شيفر، آدم (2018-07-02). "المسافات المتميزة: المشكلات المفتوحة والحدود الحالية". arXiv : 1406.1949v3 [ math.CO ].
  • غاريبالدي، جوليا؛ إيوسيفيتش، أليكس؛ سينغر، ستيفن (2011)، مسألة مسافة إردوش ، مكتبة الطلاب الرياضية، المجلد  56، بروفيدنس، رود آيلاند: الجمعية الرياضية الأمريكية، ISBN 978-0-8218-5281-1MR 2721878