Εικασία του Μπορσούκ

Παράδειγμα: ένα εξάγωνο κομμένο σε τρία κομμάτια μικρότερης διαμέτρου.

Το πρόβλημα του Μπορσούκ στη γεωμετρία, για ιστορικούς λόγους, ονομάζεται λανθασμένα ως εικασία του Μπορσούκ, είναι ερώτημα στη διακριτή γεωμετρία.

Το πρόβλημα

Το 1932 ο Κάρολ Μπορσούκ έδειξε ότι μια συνηθισμένη μπάλα 3 διαστάσεων στον Ευκλείδειο χώρο μπορεί εύκολα να χωρισθεί σε 4 στερεά, καθένα από τα οποία έχει μια μικρότερη διάμετρο από την μπάλα, και γενικά η d-διάστατη μπάλα μπορεί να καλυφθεί με d + 1 συμπαγή σύνολα διαμέτρων μικρότερες από την μπάλα. Ταυτόχρονα απέδειξε ότι τα υποσύνολα d δεν είναι αρκετά σε γενικές γραμμές. Η απόδειξη βασίζεται στο θεώρημα Μπορσούκ–Ούλαμ. Αυτό οδήγησε τον Μπορσούκ σε μια τόσο γενική ερώτηση:

Die folgende Frage bleibt offen: Lässt sich jede beschränkte Teilmenge E des Raumes Mengen zerlegen, von denen jede einen kleineren Durchmesser als E hat;

Αυτό μπορεί να μεταφραστεί ως:

Το ακόλουθο ερώτημα παραμένει ανοιχτό: κάθε φραγμένο υποσύνολο Ε του χώρου είναι χωρισμένο σε σύνολα , καθένα από τα οποία έχει μια μικρότερη διάμετρο από τον Ε;

Το ερώτημα έχει θετική απάντηση στις ακόλουθες περιπτώσεις:

Το πρόβλημα τελικά λύθηκε το 1993 από τους Τζεφ Καχν και Γκιλ Καλάι, οι οποίοι έδειξαν ότι η γενική απάντηση στο ερώτημα του Μπορσούκ είναι όχι.[7] Η αναπαράστασή τους δείχνει ότι τα d + 1 κομμάτια που δεν επαρκούν για d = 1.325 και για κάθε d > 2.014.

Το αποτέλεσμα τους βελτιώθηκε το 2003 από τους Χίνριχς και Ρίχτερ, που αναπαράστησαν πεπερασμένα σύνολα για το d ≥ 298, το οποίο δεν μπορεί να χωριστεί σε d+11 τμήματα με μικρότερη διάμετρο.

Αφότου ο Αντρέι Β. Μπονταρένκο έδειξε το 2013 ότι η εικασία του Μπορσούκ είναι ψευδής για όλα τα d ≥ 65,[8] [9] το τρέχων καλύτερο όριο, λόγω του Τόμας Γιένριχ, είναι το 64.[10][11]

Εκτός από την εύρεση του ελάχιστου αριθμού δ τέτοιων διαστάσεων, εκτός από τον αριθμό τεμαχίων οι μαθηματικοί ενδιαφέρονται να βρουν την γενική συμπεριφορά της συνάρτησης . Οι Καχν και Καλάι δείχνουν ότι σε γενικές γραμμές (για το d αυτό είναι αρκετά μεγάλο) ένας χρειάζεται αριθμό τεμαχίων . Αναφέρουν επίσης το άνω όριο από τον Οντέντ Σραμ, ο οποίος έδειξε ότι για κάθε ε, αν το d είναι αρκετά μεγάλο, προκύπτει .[12] Η σωστή τάξη μεγέθους του α(d) είναι ακόμα άγνωστη.[13] Ωστόσο, εικάζεται ότι υπάρχει μια σταθερά c > 1 τέτοια ώστε να προκύπτει για όλα τα d ≥ 1.

Δείτε επίσης

Παραπομπές

  1. Perkal, Julian (1947), «Sur la subdivision des ensembles en parties de diamètre inférieur», Colloquium Mathematicum 2: 45 
  2. Eggleston, H. G. (1955), «Covering a three-dimensional set with sets of smaller diameter», Journal of the London Mathematical Society 30: 11–24, doi:10.1112/jlms/s1-30.1.11 
  3. Hadwiger, Hugo (1945), «Überdeckung einer Menge durch Mengen kleineren Durchmessers», Commentarii Mathematici Helvetici 18 (1): 73–75, doi:10.1007/BF02568103 
  4. Hadwiger, Hugo (1946), «Mitteilung betreffend meine Note: Überdeckung einer Menge durch Mengen kleineren Durchmessers», Commentarii Mathematici Helvetici 19 (1): 72–73, doi:10.1007/BF02565947 
  5. Riesling, A. S. (1971), «Borsuk's problem in three-dimensional spaces of constant curvature», Ukr. Geom. Sbornik (Kharkov State University (now National University of Kharkiv)) 11: 78–83, http://geometry.karazin.ua/resources/articles/594b744b34d8b035cdea7128bbae7d64.pdf 
  6. Dekster, Boris (1995), «The Borsuk conjecture holds for bodies of revolution», Journal of Geometry 52 (1-2): 64–73, doi:10.1007/BF01406827 
  7. Kahn, Jeff; Kalai, Gil (1993), «A counterexample to Borsuk's conjecture», Bulletin of the American Mathematical Society 29 (1): 60–62, doi:10.1090/S0273-0979-1993-00398-7 
  8. Bondarenko, Andriy V. (2013), On Borsuk’s conjecture for two-distance sets 
  9. Bondarenko, Andriy (2014), «On Borsuk’s Conjecture for Two-Distance Sets», Discrete & Computational Geometry 51 (3): 509–515, doi:10.1007/s00454-014-9579-4 
  10. Jenrich, Thomas (2013), A 64-dimensional two-distance counterexample to Borsuk's conjecture 
  11. Jenrich, Thomas; Brouwer, Andries E. (2014), «A 64-Dimensional Counterexample to Borsuk's Conjecture», Electronic Journal of Combinatorics 21 (4): #P4.29 
  12. Schramm, Oded (1988), «Illuminating sets of constant width», Mathematika 35 (2): 180–189, doi:10.1112/S0025579300015175 
  13. Alon, Noga (2002), «Discrete mathematics: methods and challenges», Proceedings of the International Congress of Mathematicians, Beijing 1: 119–135 

Περαιτέρω ανάγνωση

  • Oleg Pikhurko, Algebraic Methods in Combinatorics, course notes.
  • Andrei M. Raigorodskii, The Borsuk partition problem: the seventieth anniversary, Mathematical Intelligencer 26 (2004), no. 3, 4–12.
  • Raigorodskii, Andreii M. (2008). «Three lectures on the Borsuk partition problem». Στο: Young, Nicholas, επιμ. Surveys in contemporary mathematics. London Mathematical Society Lecture Note Series. 347. Cambridge University Press. σελίδες 202–247. ISBN 978-0-521-70564-6. 

Εξωτερικές συνδέσεις