新paper上arXiv了https://arxiv.org/abs/2410.06498,這整篇修了一個月,從硬生生從一篇joints paper寫成一篇圖論paper(?)。藉此機會來科普一下我跟眼皮H.-H. H. Yu都在做什麼好了XD
故事要從條直線說起。大家都知道,二維空間中條直線最多交個點。那三維空間中的三線交點呢?答案還是,因為你可以考慮一個方格跟他的其中一個方向的對角線們。

那讀者就會說啦,年輕人不講武德,說好三維這圖形怎麼是二維的。所以我們就有了以下定義。
定義: 一個joints是三條不共平面的線的交點。
於是我們可以問出一個有意義的問題:
問題: 三維空間中條直線,最多可以交出幾個joints?
(這問題實際上跟Kakeya問題有關,也有更有意義的motivation,但我喜歡把他當成單純點與線的極值問題來看待XD)
實際上,構造並不困難。你考慮個位置足夠任意的平面,兩兩交一條線,三三交一個點,而每個點都在三條線上。由於選的平面足夠任意,這三條線不會共平面。所以我們就有條線與個joints。也就是說joints個數有這麼多個。
Guth跟Katz在看了Dvir用polynomial method證明了finite field Kakeya後,使用了類似的方法證明了是對的。後來眼皮跟Yufei Zhao證明了上述構造up to 倍是緊的,而我跟眼皮證明了實際上那就是最好的構造。(參考資料:https://arxiv.org/abs/2307.15380,而這問題也有colorful版本,可以參考我之前的blog post)
聰明的讀者看著這個界,可能會想起一個經典定理:Kruskal–Katona定理。
定理: 一個有條邊的簡單圖中,最多有個三角形。
於是呢,你猜得沒錯,這個定理是我們joints定理的一個推論。如果我們一樣考慮一堆位置足夠任意的平面,但這次我們只取一部分的點跟線。我們把平面跟中的點一一對應,中的一條邊對應到兩個平面的交集,也就是空間中的一條線,那一個三角形正好對應一個joints。於是呢,在這種特殊的joints構造上的考慮我們的joints定理就會得到Kruskal–Katona定理(更準確地說,是Lov\’asz的版本)。
實際上,我們的定理還有個更強的推論,解決了partial shadow problem。你考慮一個有條邊的-uniform的hypergraph,問說裡面有幾個大小是的頂點集包含了至少三條邊,也就是問幾個大小是的頂點集包含了以下的圖形,那至多也是。這正好證明了一個Bollob\’as跟Eccles提出的猜想(實際上三角形的case是在足夠大的時候有人證了,但我們解決了所有-uniform -clique)。而證明方法也不難,你考慮在維空間進行如上的平面構造(改用超平面),並投影到三維即可,留給讀者練習(?)

除了一些直線形成的joints之外,人們也考慮了平面之間,或甚至更高維度的joints,例如:你可以問說,六維空間中的一堆二維平面,最多有幾個點落在三個沒有線性關係的平面中?Jonathan Tidor、眼皮、Yufei Zhao給出了這問題的答案的正確order。而一樣的,如果考慮一堆超平面交出來的構造,這類問題都可以對應到如下類型的問題:
固定一個(超)圖。一個條邊的(超)圖,裡面最多有幾個?
但上述所有joints問題對應到的都很特定。另一方面,但純考慮這種圖論問題的話,Fridegut跟Kahn證明了答案的order應該是,其中是的fractional covering number。以下我們用來舉例:你考慮五條邊每一條都給一個權重,使得每個點上看到的權重都至少是,那總權重的最小可能值就是的fractional covering number,而最好的選法是每條邊放,所以的fractional covering number是。
終於可以進到本篇的主題了。人類知道joints,人類知道Friedgut–Kahn,於是:

用上面的想法,你可以定義一個-joints如下:我們秉持著圖裡一個頂點對應到一個超平面的想法,所以我們考慮五維空間,這樣五個超平面會交一個點。我們希望有五條邊,也就是我們要五個三維平面,分別是第跟個超平面的交集。換句話說,你可以找到五個方向(分別對應到五取四個超平面的交集)使得第個方向span出的三維空間在我們給定的三維平面集合內。然後我們就可以問以下問題。
問題: 五維空間中個三維平面,最多可以交出幾個-joints?
我們最新的paper證明了答案的order也是(一般來說是)。而類似上面partial shadow problem,我們可以把所有邊同時加頂點,令得到的圖是。如果你問說一個條邊的超圖最多有幾個個頂點的集合包含了,那答案是,重點是這個跟無關,只取決於我們起始點是,我們稱這個現象為partial shadow phenomenon。
此外,在我們的證明過程中,我們還證明了一個關於entropy的不等式,且他是Shearer’s不等式的推廣,於是我們稱它為geometric Shearer’s inequality。(詳情請讀我們的paper XD)
雖然整篇paper的證明都是建立在polynomial method上,但我們試圖把所有多項式的部分塞在一個章節,讓整篇paper對於圖論人類更佳友善。簡而言之,該讀了吧XD