Jump to content

Теорема Семереди

В арифметической комбинаторике теорема Семереди является результатом, касающимся арифметических прогрессий в подмножествах целых чисел. В 1936 году Эрдеш и Туран предположили, что [ 1 ] что каждый набор целых чисел A с положительной натуральной плотностью содержит k -членную арифметическую прогрессию для каждого k . Эндре Семереди доказал эту гипотезу в 1975 году.

Заявление

[ редактировать ]

Говорят, что подмножество A натуральных чисел имеет положительную верхнюю плотность, если

Теорема Семереди утверждает, что подмножество натуральных чисел с положительной верхней плотностью содержит арифметическую прогрессию длины k для всех положительных целых чисел k .

Часто используемая эквивалентная финитная версия теоремы утверждает, что для каждого натурального числа k и действительного числа , существует целое положительное число

такое, что каждое подмножество {1, 2, ..., N } размера не менее δN содержит арифметическую прогрессию длины k .

Другая формулировка использует функцию r k ( N ), размер наибольшего подмножества {1, 2, ..., N } без арифметической прогрессии длины k . Теорема Семереди эквивалентна асимптотической оценке

То есть r k ( N менее чем линейно ) растет с ростом N .

Теорема Ван дер Вардена , предшественница теоремы Семереди, была доказана в 1927 году.

Случаи k = 1 и k = 2 теоремы Семереди тривиальны. Случай k = 3, известный как теорема Рота , был установлен в 1953 году Клаусом Ротом. [ 2 ] посредством адаптации метода круга Харди-Литтлвуда . Эндре Семереди [ 3 ] доказал случай k = 4 с помощью комбинаторики. Используя подход, аналогичный тому, который он использовал для случая k = 3, Рот [ 4 ] дал второе доказательство этого в 1972 году.

Общее дело было урегулировано в 1975 году также Семереди. [ 5 ] который разработал гениальное и сложное расширение своего предыдущего комбинаторного аргумента для k «шедевром комбинаторного рассуждения» = 4 (названного Эрдешем [ 6 ] ). Сейчас известно несколько других доказательств, наиболее важными из которых являются доказательства Гилеля Фюрстенберга. [ 7 ] [ 8 ] в 1977 году, используя эргодическую теорию , и Тимоти Гауэрса. [ 9 ] в 2001 году, используя как анализ Фурье , так и комбинаторику, а также введя то, что сейчас называется нормой Гауэрса . Теренс Тао назвал различные доказательства теоремы Семереди « Розеттским камнем », соединяющим разрозненные области математики. [ 10 ]

Количественные границы

[ редактировать ]

Проблема определения точной скорости роста rk N ( ) остается открытой . Наиболее известные общие границы:

где . Нижняя граница принадлежит О'Брайанту. [ 11 ] опираясь на работы Беренда , [ 12 ] Ранкин , [ 13 ] и Элькин. [ 14 ] [ 15 ] Верхняя граница принадлежит Гауэрсу. [ 9 ]

Для малых k существуют более точные границы, чем в общем случае. При k = 3 Бургейн , [ 16 ] [ 17 ] Хит-Браун, [ 18 ] Семереди, [ 19 ] Сандерс , [ 20 ] и Блум [ 21 ] установили все более меньшие верхние границы, а затем Блум и Сисаск доказали первую границу, которая преодолела так называемый «логарифмический барьер». [ 22 ] Текущие лучшие границы:

, для некоторой константы ,

соответственно из-за О'Брайанта, [ 11 ] и Блум и Сисаск [ 23 ] (последний основан на прорывном результате Келли и Меки, [ 24 ] который получил ту же верхнюю границу, с заменой «1/9» на «1/12»).

Для k = 4 Грин и Тао [ 25 ] [ 26 ] доказал, что

Для k=5 в 2023 году и k≥5 в 2024 году Ленг, Сах и Сони доказали в препринтах [ 27 ] [ 28 ] [ 29 ] что:

Расширения и обобщения

[ редактировать ]

Многомерное обобщение теоремы Семереди было впервые доказано Гиллелем Фюрстенбергом и Ицхаком Кацнельсоном с использованием эргодической теории. [ 30 ] Тимоти Гауэрс , [ 31 ] Войтех Рёдль и Йозеф Скокан [ 32 ] [ 33 ] с Бренданом Нэглом, Рёдлом и Матиасом Шахтом , [ 34 ] и Теренс Тао [ 35 ] предоставил комбинаторные доказательства.

Александр Лейбман и Виталий Бергельсон [ 36 ] обобщение Семереди к полиномиальным прогрессиям: если представляет собой множество с положительной верхней плотностью и являются целочисленными многочленами такими, что , то их бесконечно много такой, что для всех . Результат Лейбмана и Бергельсона справедлив и в многомерной ситуации.

Финитарную версию теоремы Семереди можно обобщить на конечные аддитивные группы, включая векторные пространства над конечными полями . [ 37 ] Аналог конечного поля можно использовать как модель для понимания теоремы в натуральных числах. [ 38 ] Проблема получения оценок в случае k=3 теоремы Семереди в векторном пространстве известна как проблема набора ограничений .

Теорема Грина-Тао утверждает, что простые числа содержат сколь угодно длинные арифметические прогрессии. Это не подразумевается теоремой Семереди, поскольку плотность простых чисел в натуральных числах равна 0. В рамках своего доказательства Бен Грин и Тао представили «относительную» теорему Семереди, которая применяется к подмножествам целых чисел (даже к тем, у которых плотность равна нулю), удовлетворяющим определенным условиям псевдослучайности . Более общая относительная теорема Семереди с тех пор была предложена Дэвидом Конлоном , Джейкобом Фоксом и Юфеем Чжао . [ 39 ] [ 40 ]

Гипотеза Эрдеша об арифметических прогрессиях будет подразумевать как теорему Семереди, так и теорему Грина – Тао.

См. также

[ редактировать ]

Примечания

[ редактировать ]
  1. ^ Эрдеш, Пол ; Туран, Пол (1936). «О некоторых последовательностях целых чисел» (PDF) . Журнал Лондонского математического общества . 11 (4): 261–264. дои : 10.1112/jlms/s1-11.4.261 . МР   1574918 .
  2. ^ Рот, Клаус Фридрих (1953). «О некоторых множествах целых чисел». Журнал Лондонского математического общества . 28 (1): 104–109. дои : 10.1112/jlms/s1-28.1.104 . МР   0051853 . Збл   0050.04002 .
  3. ^ Семереди, Эндре (1969). «О множествах целых чисел, не содержащих четырех элементов в арифметической прогрессии» . Математический журнал Венгерской академии наук . 20 (1–2): 89–104. дои : 10.1007/BF01894569 . МР   0245555 . Збл   0175.04301 .
  4. ^ Рот, Клаус Фридрих (1972). «Нарушения последовательностей относительно арифметических прогрессий, IV». Периодика Математика. Венгрия . 2 (1–4): 301–326. дои : 10.1007/BF02018670 . МР   0369311 . S2CID   126176571 .
  5. ^ Семереди, Эндре (1975). «О множествах целых чисел, не содержащих k элементов в арифметической прогрессии» (PDF) . Акта Арифметика . 27 : 199–245. дои : 10.4064/aa-27-1-199-245 . МР   0369312 . Збл   0303.10056 .
  6. ^ Эрдеш, Пол (2013). «Некоторые из моих любимых задач и результатов». В Грэме, Рональд Л.; Нешетржил, Ярослав; Батлер, Стив (ред.). Математика Пола Эрдеша I (второе изд.). Нью-Йорк: Спрингер. стр. 51–70. дои : 10.1007/978-1-4614-7258-2_3 . ISBN  978-1-4614-7257-5 . МР   1425174 .
  7. ^ Фюрстенберг, Гилель (1977). «Эргодическое поведение диагональных мер и теорема Семереди об арифметических прогрессиях» . Журнал Математического Анализа . 31 : 204–256. дои : 10.1007/BF02813304 . МР   0498471 . S2CID   120917478 . .
  8. ^ Фюрстенберг, Гилель; Кацнельсон, Ицхак; Орнштейн, Дональд Сэмюэл (1982). «Эргодическое теоретическое доказательство теоремы Семереди» . Бык. амер. Математика. Соц. 7 (3): 527–552. дои : 10.1090/S0273-0979-1982-15052-2 . МР   0670131 .
  9. ^ Перейти обратно: а б Гауэрс, Тимоти (2001). «Новое доказательство теоремы Семереди» . Геом. Функц. Анальный. 11 (3): 465–588. дои : 10.1007/s00039-001-0332-9 . МР   1844079 . S2CID   124324198 .
  10. ^ Тао, Теренс (2007). «Дихотомия между структурой и случайностью, арифметическими прогрессиями и простыми числами». В Санс-Соле, Марта; Сория, Хавьер; Варона, Хуан Луис; Вердера, Джоан (ред.). Материалы Международного конгресса математиков в Мадриде, 22–30 августа 2006 г. Международный конгресс математиков . Том. 1. Цюрих: Европейское математическое общество . стр. 581–608. arXiv : math/0512114 . дои : 10.4171/022-1/22 . ISBN  978-3-03719-022-7 . МР   2334204 .
  11. ^ Перейти обратно: а б О'Брайант, Кевин (2011). «Наборы целых чисел, не содержащие длинных арифметических прогрессий» . Электронный журнал комбинаторики . 18 (1). arXiv : 0811.3057 . дои : 10.37236/546 . МР   2788676 .
  12. ^ Беренд, Феликс А. (1946). «О множествах целых чисел, не содержащих трех членов арифметической прогрессии» . Труды Национальной академии наук . 32 (12): 331–332. Бибкод : 1946ПНАС...32..331Б . дои : 10.1073/pnas.32.12.331 . МР   0018694 . ПМЦ   1078964 . ПМИД   16578230 . Збл   0060.10302 .
  13. ^ Рэнкин, Роберт А. (1962). «Наборы целых чисел, содержащие не более заданного числа членов арифметической прогрессии». Учеб. Р. Сок. Эдинбургская секта. А. 65 : 332–344. МР   0142526 . Збл   0104.03705 .
  14. ^ Элкин, Майкл (2011). «Улучшенная конструкция наборов без прогрессирования» . Израильский математический журнал . 184 (1): 93–128. arXiv : 0801.4310 . дои : 10.1007/s11856-011-0061-1 . МР   2823971 .
  15. ^ Грин, Бен; Вольф, Юлия (2010). «Заметка об улучшении Элькиным конструкции Беренда». В Чудновском, Дэвид; Чудновский, Григорий (ред.). Аддитивная теория чисел . Аддитивная теория чисел. Фестиваль в честь шестидесятилетия Мелвина Б. Натансона . Нью-Йорк: Спрингер. стр. 141–144. arXiv : 0810.0732 . дои : 10.1007/978-0-387-68361-4_9 . ISBN  978-0-387-37029-3 . МР   2744752 . S2CID   10475217 .
  16. ^ Бурген, Жан (1999). «О тройках в арифметической прогрессии». Геом. Функц. Анальный. 9 (5): 968–984. дои : 10.1007/s000390050105 . МР   1726234 . S2CID   392820 .
  17. ^ Бурген, Жан (2008). «Еще раз к теореме Рота о прогрессиях» . Журнал математического анализа . 104 (1): 155–192. дои : 10.1007/s11854-008-0020-x . МР   2403433 . S2CID   16985451 .
  18. ^ Хит-Браун, Роджер (1987). «Наборы целых чисел, не содержащие арифметических прогрессий». Журнал Лондонского математического общества . 35 (3): 385–394. дои : 10.1112/jlms/s2-35.3.385 . МР   0889362 .
  19. ^ Семереди, Эндре (1990). «Наборы целых чисел, не содержащие арифметических прогрессий» . Acta Mathematica Hungarica . 56 (1–2): 155–158. дои : 10.1007/BF01903717 . МР   1100788 .
  20. ^ Сандерс, Том (2011). «О теореме Рота о прогрессиях». Анналы математики . 174 (1): 619–636. arXiv : 1011.0104 . дои : 10.4007/анналы.2011.174.1.20 . МР   2811612 . S2CID   53331882 .
  21. ^ Блум, Томас Ф. (2016). «Количественное улучшение теоремы Рота об арифметических прогрессиях». Журнал Лондонского математического общества . Вторая серия. 93 (3): 643–663. arXiv : 1405.5800 . дои : 10.1112/jlms/jdw010 . МР   3509957 . S2CID   27536138 .
  22. ^ Блум, Томас Ф.; Сисаск, Олоф (2020). «Преодоление логарифмического барьера в теореме Рота об арифметических прогрессиях». arXiv : 2007.03528v2 [ math.NT ].
  23. ^ Блум, Томас Ф.; Сисаск, Олоф (2023). «Улучшение границ Келли-Мека для трехчленных арифметических прогрессий». arXiv : 2309.02353v1 [ math.NT ].
  24. ^ Келли, Зандер; Мека, Рагху (2023). «Сильные границы для 3-прогрессий». arXiv : 2302.05537v5 [ math.NT ].
  25. ^ Грин, Бен; Тао, Теренс (2009). «Новые оценки теоремы Семереди. II. Новая оценка для r 4 ( N )». В Чене, Уильям В.Л.; Гауэрс, Тимоти ; Хальберштам, Хейни ; Шмидт, Вольфганг ; Воган, Роберт Чарльз (ред.). Новые оценки для теоремы Семереди, II: Новая оценка для r_4(N) . Аналитическая теория чисел. Очерки в честь Клауса Рота по случаю его 80-летия . Кембридж: Издательство Кембриджского университета . стр. 180–204. arXiv : math/0610604 . Бибкод : 2006math.....10604G . ISBN  978-0-521-51538-2 . МР   2508645 . Збл   1158.11007 .
  26. ^ Грин, Бен; Люди, Теренс (2017). «Новые оценки для теоремы Семереди III: полилогарифмическая оценка для r 4 (N)». Математика . 63 (3): 944–1040. arXiv : 1705.01703 . дои : 10.1112/S0025579317000316 . МР   3731312 . S2CID   119145424 .
  27. ^ Ленг, Джеймс; Сах, Эшвин; Сони, Мехтааб (2024). «Улучшенные оценки теоремы Семереди». arXiv : 2402.17995 .
  28. ^ Ленг, Джеймс; Сах, Эшвин; Сони, Мехтааб (2023). «Улучшенные границы пятичленных арифметических прогрессий». arXiv : 2312.10776 .
  29. ^ Сломан, Лейла (5 августа 2024 г.). «Аспиранты находят неизбежные закономерности в больших наборах чисел» . Журнал Кванта . Проверено 7 августа 2024 г.
  30. ^ Фюрстенберг, Гилель ; Кацнельсон, Ицхак (1978). «Эргодическая теорема Семереди для коммутирующих преобразований» . Журнал Математического Анализа . 38 (1): 275–291. дои : 10.1007/BF02790016 . МР   0531279 . S2CID   123386017 .
  31. ^ Гауэрс, Тимоти (2007). «Регулярность гиперграфа и многомерная теорема Семереди». Анналы математики . 166 (3): 897–946. arXiv : 0710.3032 . дои : 10.4007/анналы.2007.166.897 . МР   2373376 . S2CID   56118006 .
  32. ^ Рёдль, Войтех ; Скокан, Йозеф (2004). «Лемма о регулярности k-равномерных гиперграфов». Алгоритмы случайных структур . 25 (1): 1–42. дои : 10.1002/rsa.20017 . МР   2069663 . S2CID   7458739 .
  33. ^ Рёдль, Войтех ; Скокан, Йозеф (2006). «Применение леммы о регулярности для однородных гиперграфов» (PDF) . Алгоритмы случайных структур . 28 (2): 180–194. дои : 10.1002/rsa.20108 . МР   2198496 . S2CID   18203198 .
  34. ^ Нэгл, Брендан; Рёдль, Войтех ; Шахт, Матиас (2006). «Счетная лемма для регулярных k-однородных гиперграфов». Алгоритмы случайных структур . 28 (2): 113–179. дои : 10.1002/rsa.20117 . МР   2198495 . S2CID   14126774 .
  35. ^ Тао, Теренс (2006). «Вариант леммы об удалении гиперграфа» . Журнал комбинаторной теории . Серия А. 113 (7): 1257–1280. arXiv : math/0503572 . дои : 10.1016/j.jcta.2005.11.006 . МР   2259060 .
  36. ^ Бергельсон, Виталий ; Лейбман, Александр (1996). «Полиномиальные расширения теорем Ван дер Вардена и Семереди» . Журнал Американского математического общества . 9 (3): 725–753. дои : 10.1090/S0894-0347-96-00194-4 . МР   1325795 .
  37. ^ Фюрстенберг, Гилель ; Кацнельсон, Ицхак (1991). «Плотная версия теоремы Хейлза – Джуитта» . Журнал Математического Анализа . 57 (1): 64–119. дои : 10.1007/BF03041066 . МР   1191743 . S2CID   123036744 .
  38. ^ Вольф, Юлия (2015). «Модели конечных полей в арифметической комбинаторике — десять лет спустя» . Конечные поля и их приложения . 32 : 233–274. дои : 10.1016/j.ffa.2014.11.003 . hdl : 1983/d340f853-0584-49c8-a463-ea16ee51ce0f . МР   3293412 .
  39. ^ Конлон, Дэвид ; Фокс, Джейкоб ; Чжао, Юфэй (2015). «Относительная теорема Семереди» . Геометрический и функциональный анализ . 25 (3): 733–762. arXiv : 1305.5440 . дои : 10.1007/s00039-015-0324-9 . МР   3361771 . S2CID   14398869 .
  40. ^ Чжао, Юфэй (2014). «Арифметическое переносное доказательство относительной теоремы Семереди». Математические труды Кембриджского философского общества . 156 (2): 255–261. arXiv : 1307.4959 . Бибкод : 2014MPCPS.156..255Z . дои : 10.1017/S0305004113000662 . МР   3177868 . S2CID   119673319 .

Дальнейшее чтение

[ редактировать ]
[ редактировать ]
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: d65cc7a4d6d28a1f6fcccdcc28646b3a__1724320620
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/d6/3a/d65cc7a4d6d28a1f6fcccdcc28646b3a.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Szemerédi's theorem - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)