Плоское разбиение, представленное в виде стопок единичных кубов
В математике и особенно в комбинаторике, плоское разбиение представляет собой двумерный массив неотрицательных целых чисел (с положительное целое индексы i и j), которое не увеличивается в обоих индексах. Это означает, что
- и для всех i и j.
Более того, только конечное число из отличны от нуля. Плоские разделы могут быть визуально представлены размещением стопки единичных кубов над точкой (i, j) в плоскость, давая трехмерное твердое тело, как показано на рисунке.
Сумма плоского разбиения равна
Сумма описывает количество кубиков, из которых состоит плоское разбиение. Количество плоских разбиений с суммой n обозначается PL (n).
Например, есть шесть разделов плоскости с суммой 3:
, поэтому PL (3) = 6. (Здесь разделы плоскости нарисованы с использованием матричной индексации для координат, а записи, равные 0, подавлены для удобства чтения.) Пусть - общее количество разделов плоскости, в которых r - количество строк, не равных нулю, s - количество столбцов, которые не равны нулю, а t - наибольшее целое число матрицы. Плоские разделы часто описываются позициями единичных кубов. Следовательно, плоское разбиение определяется как конечное подмножество положительных целочисленных точек решетки (i, j, k) в , так что если (r, s, t) лежит в и если (i, j, k) удовлетворяет , и , тогда (i, j, k) также лежит в .
Содержание
- 1 Производящая функция плоских перегородок
- 2 Диаграммы Феррерса для плоских перегородок
- 2.1 Эквивалентность два представления
- 3 Действие S 2, S 3 и C 3 на плоских разделах
- 4 Симметричных плоских разделах
- 5 Циклически симметричные плоские перегородки
- 6 Полностью симметричные плоские перегородки
- 7 Самостоятельные плоские перегородки
- 8 Циклически симметричные самокомплементарные плоские перегородки
- 9 Полностью симметричные самокомплементарные плоские перегородки
- 10 Ссылки
- 11 Внешние ссылки
Производящая функция плоских разделений
В результате Перси А. МакМэхона, производящая функция для PL (n) задается как
Иногда это называют функцией Мак-Магона.
Эту формулу можно рассматривать как двумерный аналог формулы произведения Эйлера для количества целочисленных разбиений числа n. Не существует аналогичной формулы для перегородок в более высоких измерениях (например, для твердых перегородок ). Асимптотика плоских разбиений была разработана Э. М. Райт. Для больших :
Здесь опечатка (в статье Райта) была исправлена, на что указали Мутафчиев и Каменов. Численное вычисление дает
Примерно в 1896 году Перси А. МакМэхон создал производящая функция плоских разбиений, которые являются подмножествами в его первой статье о плоскости перегородки. Формула задается следующим образом:
Доказательство этой формулы можно найти в книге «Комбинаторный анализ» Перси А. Мак-Магона. Перси А. Мак-Магон также упоминает в своей книге «Комбинаторный анализ» производящие функции плоских разбиений в статье 429. Формула для производящей функции может быть записана другим способом, который задается следующим образом:
Установка q = 1 в формулах выше дает
Перси А. МакМэхон получил, что общее количество секций плоскости в дается как . Плоский случай (когда t = 1) дает биномиальные коэффициенты :
Диаграммы Феррерса для плоских разбиений
Другое представление для плоских разбиений - в виде диаграмм Феррерса. диаграмма Феррерса плоского разбиения представляет собой совокупность точек или узлы, , где удовлетворяет условию:
- Условие FD: Если узел , тогда то же самое делают все узлы с для всех .
Замена каждого узла плоского раздела единичным кубом с ребрами, выровненными по осям, приводит к представлению стопки кубов для плоского разбиения.
Эквивалентность двух представлений
Учитывая диаграмму Феррерса, строят плоское разбиение (как в основном определении) следующим образом.
- Пусть будет количеством узлов на диаграмме Феррерса с координатами вида где обозначает произвольное значение. Набор образуют плоское разделение. Можно проверить, что условие FD подразумевает, что выполняются условия для плоского разбиения.
Для набора , что образуют плоское разбиение, можно получить соответствующую диаграмму Феррерса следующим образом.
- Начните с диаграммы Феррерса без узлов. Для каждого ненулевого добавьте узлы формы для диаграмме Феррерса. По построению легко видеть, что условие FD выполняется.
Например, ниже показаны два представления плоских разбиений 5.
Выше каждый узел диаграммы Феррерса записан как столбец, и мы записали только ненулевой как обычно.
Действие S 2, S 3 и C 3 на разделах плоскости
- это группа перестановок, действующих на первые две координаты (i, j, k). Эта группа содержит тождество (i, j, k) и транспозицию (i, j, k) → (j, i, k). Число элементов на орбите обозначается | |. обозначает набор орбит элементов под действием . Высота элемента (i, j, k) определяется как
Высота увеличивается на единицу с каждым шагом от правого заднего угла. Например, угловая позиция (1,1,1) имеет высоту 1 и ht (2,1,1) = 2. ht () - высота орбиты, то есть высота любого элемента на орбите. Это обозначение высоты отличается от обозначения Яна Г. Макдональда.
Существует естественное действие группы перестановок на диаграмме Феррерса - это соответствует одновременной перестановке трех координат всех узлов. Это обобщает операцию сопряжения для разделов. Действие может сгенерировать новые разделы плоскости, начиная с данного раздела плоскости. Ниже показаны шесть плоских разделов из 4, которые генерируются действием . Только обмен первыми двумя координатами проявляется в представлении, приведенном ниже.
называется группой циклических перестановок и состоит из
Симметричные плоские разбиения
Плоское разбиение равно называется симметричным, если π i, j = π j, i для всех i, j. Другими словами, плоское разбиение является симметричным, если (i, j, k) тогда и только тогда, когда (j, i, k) . Плоские перегородки этого типа симметричны относительно плоскости x = y. Ниже приводится пример симметричного плоского разбиения. Прикрепленная матрица визуализирована.
Симметричное плоское разбиение с суммой 35
В 1898 году Перси А. Мак-Магон сформулировал свою гипотезу о производящей функции для симметричных плоских разбиений, которые являются подмножествами . Эта гипотеза называется гипотезой Мак-Магона. Производящая функция задается как
Ян Г. Макдональд указал, что гипотеза Перси А. Мак-Магона сводится к
В 1972 году Эдвард А. Бендер и Дональд Э. Кнут предположили простая замкнутая форма производящей функции для плоского разбиения, которое имеет не более r строк и строго убывает по строкам. Джордж Эндрюс показал, что гипотеза Эдварда А. Бендера и Дональда Э. Кнута и гипотеза Мак-Магона эквивалентны. Гипотеза Мак-Магона была доказана почти одновременно Джорджем Эндрюсом в 1977 году, а позже Ян Г. Макдональд представил альтернативное доказательство [пример 16–19, стр. 83–86]. При установке q = 1 получается функция подсчета , которая задается как
Для доказательства случая q = 1, пожалуйста, обратитесь к статье Джорджа Эндрюса, гипотезы Мак-Магона о симметричные плоские перегородки.
Циклически симметричные плоские перегородки
π называются циклически симметричными, если i-я строка является сопряжены с i-м столбцом для всех i. I-я строка считается обычным разделом. Сопряжение раздела - это раздел, диаграмма которого является транспонированной частью раздела . Другими словами, плоское разбиение является циклически симметричным, если всякий раз, когда (i, j, k) , тогда (k, i, j) и (j, k, i) также находятся в . Ниже приводится пример циклически симметричного плоского разбиения и его визуализация.
Циклически симметричная плоская перегородка
Гипотеза Яна Дж. Макдональда дает формулу для вычисления количества циклически симметричных разбиений плоскости для заданного целого числа r. Эта гипотеза называется гипотезой Макдональда . Производящая функция для циклически симметричных плоских разбиений, которые являются подмножествами , задается следующим образом:
Это уравнение также можно записать по-другому
В 1979 году Джордж Эндрюс доказал гипотезу Макдональда для случай q = 1 как «слабая» гипотеза Макдональда . Три года спустя Уильям. Х. Миллс, Дэвид Роббинс и Говард Рамси доказали общий случай гипотезы Макдональда в своей статье «Доказательство гипотезы Макдональда». Формула для дается «слабой» гипотезой Макдональда
Полностью симметричные плоские разбиения
Полностью симметричные плоские разбиения - плоская перегородка, которая является симметричной и циклически симметричной. Это означает, что диаграмма симметрична во всех трех диагональных плоскостях. Итак, если (i, j, k) , тогда все шесть перестановок (i, j, k) также находятся в . Ниже приводится пример матрицы для полносимметричного плоского разбиения. На картинке представлена визуализация матрицы.
Полностью симметричное плоское разделение
Ян Г. Макдональд обнаружил общее количество полностью симметричных плоских разбиений, которые являются подмножествами . Формула задается следующим образом:
В 1995 году Джон Р. Стембридж впервые доказал формулу для , а позже, в 2005 году, это было доказано Джорджем Эндрюсом, Питером Полом и Карстеном Шнайдером. Примерно в 1983 году Джордж Эндрюс и Дэвид Роббинс независимо друг от друга сформулировали явную формулу произведения для производящей функции счета орбит для полностью симметричных плоских разбиений. Эта формула уже упоминалась в статье Джорджа Эндрюса «Полностью симметричные плоские разбиения», опубликованной в 1980 году. Гипотеза называется .q-TSPPгипотеза, и она дается выражением:
Пусть будет симметричной группой. Функция подсчета орбит для полностью симметричных плоских разделов, которые помещаются внутри , задается следующим образом: формула
Эта гипотеза превратилась в теорему в 2011 году. Доказательство гипотезы q-TSPP см. В статье Доказательство Джорджа Эндрюса. 'и гипотеза Дэвида Роббинса о q-TSPP Кристофа Кутшана, Мануэля Кауэрса и Дорана Зейлбергера.
Самодополнительные плоские разбиения
If для всех , , то плоское разбиение называется самодополняющим. Необходимо, чтобы произведение было четным. Ниже приводится пример самодополняемого симметричного плоского разбиения и его визуализация.
Самостоятельно дополняющее плоское разбиение
Ричард П. Стэнли предположил формулы для общего числа самодополняемых плоских разбиений . Согласно Ричарду Стэнли, Дэвид Роббинс также сформулировал формулы для общего числа самодополняемых плоских разбиений в другой, но эквивалентной форме. Дано общее количество самодополняемых плоских разделов, которые являются подмножествами по
Необходимо, чтобы произведение r, s и t было четным. Доказательство можно найти в статье «Симметрии плоских разбиений», написанной Ричардом П. Стэнли. Доказательство работает с функциями Шура . Доказательство Стэнли обычного перечисления самодополняемых плоских разбиений дает q-аналог заменой вместо . Это частный случай формулы Стэнли для содержания крючков. Производящая функция для самодополняемых плоских разбиений задается как
Подставляя эту формулу в
поставляет желаемый случай q-аналога.
Циклически симметричные самокомплементарные плоские разбиения
Плоское разбиение называется циклически симметричным самокомплементарным, если оно циклически симметричный и самодополняющий. На рисунке представлено циклически симметричное самодополняющее плоское разбиение, а соответствующая матрица приведена ниже.
Циклически симметричное самокомплементарное плоское разбиение
В частном общении с Ричардом П. Стэнли, Дэвид Роббинс предположил, что общее количество циклически симметричных самодополняемых плоских разбиений равно . Общее количество циклически симметричных самодополняющих плоских разделов определяется выражением
- число матриц с переменными знаками.. Формула для задается как
Грег Куперберг доказал формулу для в 1994 году.
Полностью симметричное Я -дополнительные плоские перегородки
Полностью симметричные самодополнительные плоские перегородки - это плоские перегородки, которые одновременно полностью симметричны и самодополняемы. Например, матрица ниже представляет собой такое плоское разбиение; это визуализировано на сопроводительном рисунке.
Полностью симметричное самокомплементарное плоское разбиение
Формула было предположено Уильямом Х. Миллсом, Дэвидом Роббинсом и Говардом Рамси в их работе «Самодополняемые полностью симметричные плоские разбиения». Общее количество полностью симметричных самодополняющих плоских секций определяется выражением
Джордж Эндрюс доказал эту формулу в 1994 году в своей статье Plane Partitions V: The TSSCPP Conjecture.
Ссылки
- ^Ричард П. Стэнли, Перечислительная комбинаторика, том 2 Следствие 7.20.3.
- ^Р.П. Стэнли, Перечислительная комбинаторика, Том 2. С. 365, 401–2.
- ^Э. М. Райт, Формулы асимптотических разбиений I. Плоские разбиения, Ежеквартальный журнал математики 1 (1931) 177–189.
- ^Л. Мутафчиев и Э. Каменов, «Асимптотическая формула для числа плоских разбиений положительных целых чисел», Comptus Rendus-Academie Bulgare Des Sciences 59 (2006), нет. 4, 361.
- ^Мак-Магон, Перси А. (1896 г.). «XVI. Воспоминания по теории разбиения чисел. -Часть I». Философские труды Лондонского королевского общества A: математические, физические и инженерные науки. 187 : Статья 52.
- ^Мак-Магон, майор Перси А. (1916). Комбинаторный анализ Том 2. Издательство Кембриджского университета. С. §495.
- ^Мак-Магон, майор Перси А. (1916). Комбинаторный анализ. 2 . Издательство Кембриджского университета. С. §429.
- ^Мак-Магон, майор Перси А. (1916). Комбинаторный анализ. Издательство Кембриджского университета. стр. §429, §494.
- ^Аткин, А. О. Л.; Bratley, P.; Macdonald, I.G.; Маккей, Дж. К. С. (1967). «Некоторые вычисления для m-мерных разбиений». Proc. Camb. Фил. Soc. 63 (4): 1097–1100. Bibcode : 1967PCPS... 63.1097A. doi : 10.1017 / s0305004100042171.
- ^ Макдональд, Ян Г. (1998). Симметричные функции и многочлены Холла. Кларендон Пресс. стр. 20f, 85f. ISBN 9780198504504.
- ^Мак-Магон, Перси Александр (1899). «Разбиения чисел, графики которых обладают симметрией». Труды Кембриджского философского общества. 17.
- ^Бендер и Кнут (1972). «Перечень плоских перегородок». Журнал комбинаторной теории, серия A. 13 : 40–54. doi : 10.1016 / 0097-3165 (72) 90007-6.
- ^Эндрюс, Джордж Э. (1977). «Плоские перегородки II: эквивалентность гипотез Бендера-Кнута и Мак-Магона». Тихоокеанский математический журнал. 72 (2): 283–291. doi : 10.2140 / pjm.1977.72.283.
- ^Эндрюс, Джордж (1975). «Плоские перегородки (I): гипотеза Мак-Махона». Adv. Математика. Дополнение Stud. 1.
- ^Эндрюс, Джордж Э. (1977). «Гипотеза Мак-Магона о симметричных плоских разбиениях». Труды Национальной академии наук. 74 (2): 426–429. Bibcode : 1977PNAS... 74..426A. doi : 10.1073 / pnas.74.2.426. PMC 392301. PMID 16592386.
- ^Эндрюс, Джордж Э. (1979). «Плоские перегородки (III): слабая гипотеза Макдональда». Inventiones Mathematicae. 53 (3): 193–225. Bibcode : 1979InMat..53..193A. doi : 10.1007 / bf01389763. S2CID 122528418.
- ^Миллс, Роббинс, Рамси (1982). «Доказательство гипотезы Макдональда». Inventiones Mathematicae. 66 : 73–88. Bibcode : 1982InMat..66... 73M. doi : 10.1007 / bf01404757. S2CID 120926391. CS1 maint: несколько имен: список авторов (ссылка )
- ^Стембридж, Джон Р. (1995). "Перечисление полностью симметричной плоскости Разделы ». Успехи в математике. 111 (2): 227–243. doi : 10.1006 / aima.1995.1023.
- ^Эндрюс, Пол, Шнайдер (2005). «Плоские разделы VI: теорема Стембриджа TSPP». Достижения в прикладной математике. 34 (4): 709–739. doi : 10.1016 / j.aam.2004.07.008. CS1 maint: множественные имена: список авторов (ссылка )
- ^Bressoud, David M. (1999). Proofs and Confirmations. Cambridge University Press. Стр. Соедин. 13. ISBN 9781316582756.
- ^ Стэнли, Ричард П. (1970). «Дюжина гипотез Бейкера относительно плоских разбиений». Combinatoire enumérative: 285–293.
- ^Эндрюс, Джордж (1980). «Полностью симметричный. плоские перегородки ". Abstracts Amer. Math. Soc. 1 : 415.
- ^Koutschan, Kauers, Zeilberger (2011)." Доказательство гипотезы Джорджа Эндрюса и Дэвида Роббинса q-TSPP ". PNAS. 108 (6): 2196–2199. arXiv : 1002.4384. Bibcode : 2011PNAS..108.2196K. doi : 10.1073 / pnas.1019186108. S2CID 12077490. CS1 maint: несколько имен: список авторов (ссылка )
- ^ Стэнли, Ричард П. (1986). «Симметрии плоских разделов». Журнал комбинаторной теории, серия A. 43 : 103–113. doi : 10.1016 / 0097-3165 (86) 90028-2.
- ^"Erratum". комбинаторной теории. 43 : 310. 1986.
- ^Eisenkölbl, Theresia (2008). «Тождество функции Шура, связанное с (−1) -перечислением самодополняемых плоских разбиений» 95>. Journal of Combinatorial Theory, Series A. 115 : 199–212. doi : 10.1016 / j.jcta.2007.05.004.
- ^Стэнли, Ричард П.. (1971). "Теория и применение плоских разделений. Часть 2". Достижения в прикладной математике. 50 (3): 259–279. doi : 10.1002 / sapm1971503259.
- ^Kuperberg, Greg (1994). "Symmetries of plane partitions and the permanent-determinant method". Journal of Combinatorial Theory, Series A. 68: 115–151. arXiv :math/9410224. Bibcode : 1994math.....10224K. doi :10.1016/0097-3165(94)90094-9. S2CID 14538036.
- ^Mills, Robbins, Rumsey (1986). "Self-Complementary Totally Symmetric Plane Partitions". Journal of Combinatorial Theory, Series A. 42(2): 277–292. doi :10.1016/0097-3165(86)90098-1.CS1 maint: multiple names: authors list (link )
- ^Andrews, George E. (1994). "Plane Partitions V: The TSSCPP Conjecture". Journal of Combinatorial Theory, Series A. 66: 28–39. doi :10.1016/0097-3165(94)90048-5.
- G. Andrews, The Theory of Partitions, Cambridge University Press, Cambridge, 1998, ISBN 0-521-63766-X
- Bender, Edward A.; Knuth, Donald E. (1972), "Enumeration of plane partitions", Journal of Combinatorial Theory, Series A, 13: 40–54, doi :10.1016/0097-3165(72)90007-6, ISSN 1096-0899, MR 0299574
- I.G. Macdonald, Symmetric Functions and Hall Polynomials, Oxford University Press, Oxford, 1999, ISBN 0-19-850450-0
- P.A. MacMahon, Combinatory analysis, 2 vols, Cambridge University Press, 1915–16.
External links