Podział płaszczyzny

Płaska przegroda składająca się z 30 reprezentowana jako stosy kostek jednostkowych

W matematyce , a zwłaszcza w kombinatoryce , podział płaski to dwuwymiarowa tablica nieujemnych liczb całkowitych (z dodatnimi indeksami całkowitymi i i j ), która nie rośnie w obu wskaźnikach π ja , jot . To znaczy że

ja dla wszystkich i oraz j .

tylko skończenie wiele z nich niezerowych Podziały płaskie są uogólnieniem podziałów liczby całkowitej .

umieszczenie stosu sześcianów jednostkowych nad punktem ( ja , j daje trójwymiarową bryłę jak pokazano na rysunku. Obraz ma postać matrycy

Przegrody płaskie są często opisywane także poprzez położenie kostek jednostkowych. Z tego punktu widzenia płaską partycję można zdefiniować jako skończony podzbiór dodatnich punktów sieci całkowitej ( , jot , k ) N , tak że jeśli ( r , s , t ) leży w jeśli , 1 } 1 , to ( ja , jot , k ) również leży w

Suma podziału płaskiego wynosi

Suma opisuje liczbę sześcianów, z których składa się płaska przegroda. Duże zainteresowanie przegrodami płaskimi dotyczy wyliczania przegród płaskich różnych klas. Liczba przegród płaskich o sumie n jest oznaczona przez PL( n ). Na przykład istnieje sześć przegród płaskich o sumie 3

zatem PL(3) = 6.

Przegrody płaskie można klasyfikować według ich symetryczności. Wiele symetrycznych klas przegród płaskich wylicza się za pomocą prostych wzorów na iloczyn.

Funkcja generująca przegrody płaskie

Funkcja generująca dla PL( n ) to

( sekwencja A000219 w OEIS ).

Czasami nazywa się ją funkcją MacMahona , ponieważ odkrył ją Percy A. MacMahon .

Wzór ten można postrzegać jako dwuwymiarowy odpowiednik wzoru na iloczyn Eulera na liczbę całkowitych podziałów n . Nie ma analogicznego wzoru znanego dla przegród o większych wymiarach (tj. dla przegród pełnych ). Asymptotykę podziałów płaskich po raz pierwszy obliczył EM Wright . Otrzymuje się dla

Obliczanie liczbowe wyników

Przegrody płaskie w pudełku

1896 roku MacMahon skonfigurował funkcję generującą przegród pudełka w swoim pierwszym artykule na temat przegród płaskich. Formuła jest podana przez

Dowód tej formuły można znaleźć w książce Combinatory Analysis napisanej przez MacMahona. MacMahon wspomina także o funkcjach generujących przegrody płaskie. Wzór na funkcję generującą można zapisać w alternatywny sposób, który podaje wzór

Mnożenie każdego składnika przez = w całkowitą płaskich przegród, które mieszczą się w B jest równe następującemu wzorowi iloczynu: t ) {\ displaystyle {\ mathcal {B}}

Przypadek planarny (kiedy t = 1) daje współczynniki dwumianu :

Ogólne rozwiązanie jest takie

Specjalne przegrody płaskie

Specjalne przegrody płaskie obejmują symetryczne, cykliczne i samouzupełniające się przegrody płaskie oraz kombinacje tych właściwości.

W kolejnych podrozdziałach rozważono wyliczenie specjalnych podklas przegród płaskich wewnątrz skrzynki. W tych artykułach stosuje się zapis liczby takich płaskich przegród, gdzie r , s i t to wymiary pudełka. rozpatrywany, a i jest indeksem rozpatrywanego przypadku.

Działanie S 2 , S 3 i C 3 na przegrody płaskie

grupa permutacji działających na punktu. Grupa ta zawiera tożsamość, która wysyła do siebie ( i , j , k ) oraz transpozycję ( i , j , k ) → ( j , i , k ). Liczbę elementów na orbicie się . oznacza zbiór orbit elementów pod działaniem z } Wysokość elementu ( i , j , k ) jest określona przez

Wysokość zwiększa się o jeden z każdym krokiem od prawego tylnego rogu. Na przykład pozycja narożna (1, 1, 1) ma wysokość 1, a ht (2, 1, 1) = 2. Wysokość orbity definiuje się jako wysokość dowolnego elementu na orbicie. Ten zapis wzrostu różni się od zapisu Iana G. Macdonalda .

Istnieje naturalne działanie grupy permutacji na diagramie Ferrersa płaskiego podziału - odpowiada to jednoczesnemu permutowaniu trzech współrzędnych To uogólnia operację koniugacji dla partycji całkowitych . Działanie danej przegrody płaskiej. Poniżej pokazano sześć płaskich przegród po 4, które są generowane przez działanie. Na poniższym przedstawieniu widoczna jest jedynie zamiana dwóch pierwszych współrzędnych.

nazywa się grupą permutacji cyklicznych i składa się z do

Symetryczne przegrody płaskie

Płaską partycję się symetryczną, jeśli π ja , jot = π jot, i wszystkich ja , jot . Innymi słowy, przegroda płaska jest symetryczna, jeśli wtedy i tylko wtedy, gdy . Przegrody płaskie tego typu są symetryczne względem płaszczyzny x = y . Poniżej znajduje się przykład podziału płaszczyzny symetrycznej i jego wizualizacja.

Symetryczny podział płaszczyzny, suma 35

funkcji generującej dla symetrycznych przegród płaskich Hipoteza ta nazywa się hipotezą MacMahona . Funkcja generująca jest dana przez

Macdonald wskazał, że przypuszczenie Percy'ego A. MacMahona sprowadza się do:

W 1972 roku Edward A. Bender i Donald E. Knuth wysnuli hipotezę o prostej domkniętej postaci funkcji generującej dla podziału płaszczyzny, która ma co najwyżej r rzędów i ścisły spadek wzdłuż rzędów. George Andrews wykazał, że hipoteza Bendera i Knutha oraz hipoteza MacMahona są równoważne. Hipoteza MacMahona została udowodniona niemal jednocześnie przez George'a Andrewsa w 1977 r., a później Ian G. Macdonald przedstawił alternatywny dowód. Gdy ustawienie q = 1 daje funkcję zliczającą który jest podany przez

Dowód przypadku q = 1 można znaleźć w artykule George'a Andrewsa pt. Hipoteza MacMahona o przegrodach w płaszczyźnie symetrycznej .

Cyklicznie symetryczne przegrody płaskie

π nazywa się cyklicznie symetrycznym, jeśli -ty ​​wiersz jest sprzężony z i -tą kolumną dla wszystkich i I -ty rząd jest uważany za zwykły podział. Koniugat podziału diagram jest transpozycją . Innymi słowy, podział płaszczyzny jest cyklicznie symetryczny, jeśli kiedykolwiek wtedy ( k , ja , jot ) i ( jot , k , ja ) również należą do . Poniżej podano przykład cyklicznie symetrycznego podziału płaszczyzny oraz jego wizualizację.

Cyklicznie symetryczny podział płaszczyzny

Hipoteza Macdonalda dostarcza wzoru na obliczenie liczby cyklicznie symetrycznych przegród płaskich dla danej liczby całkowitej r . Hipoteza ta nazywa się hipotezą Macdonalda . Funkcja generująca dla cyklicznie symetrycznych przegród płaskich, które są podzbiorami, jest dana wzorem:

Równanie to można zapisać także w inny sposób

W 1979 roku Andrews udowodnił hipotezę Macdonalda dla przypadku q = 1 jako „słabą” hipotezę Macdonalda . Trzy lata później William. H. Mills, David Robbins i Howard Rumsey udowodnili ogólny przypadek hipotezy Macdonalda w swoim artykule Dowód hipotezy Macdonalda . Wzór na wynika z „słabej” hipotezy Macdonalda

Całkowicie symetryczne przegrody płaskie

Całkowicie symetryczna przegroda płaska przegroda płaska, która jest symetryczna i cyklicznie symetryczna Oznacza to, że diagram jest symetryczny we wszystkich trzech płaszczyznach ukośnych, czyli innymi słowy, jeśli to wszystkie sześć permutacji ( i , j , k ) są także w . Poniżej podano przykład macierzy całkowicie symetrycznego podziału płaszczyzny. Na zdjęciu wizualizacja matrycy.

Całkowicie symetryczny podział płaski

całkowitą liczbę całkowicie , Formuła jest podana przez

W 1995 roku John R. Stembridge po raz pierwszy udowodnił wzór na, a później w 2005 roku udowodnili to George Andrews, Peter Paule i Carstena Schneidera. Około 1983 roku Andrews i Robbins niezależnie opracowali wyraźny wzór na iloczyn funkcji generującej zliczanie orbit dla całkowicie symetrycznych przegród płaskich. Do wzoru tego nawiązano już w artykule George'a E. Andrewsa Całkowicie symetryczne przegrody płaszczyzny . Hipoteza ta nazywa się hipotezą q -TSPP i jest wyrażona wzorem:

Niech grupą orbit dla całkowicie symetrycznych przegród płaskich, określona

Hipotezę tę udowodnili w 2011 roku Christoph Koutschan , Manuel Kauers i Doron Zeilberger .

Samouzupełniające się przegrody płaskie

Jeśli dla płaski _ Konieczne jest, aby iloczyn jest parzysta Poniżej podano przykład samouzupełniającego się podziału płaszczyzny symetrycznej i jego wizualizację.

Samouzupełniająca się przegroda płaska

Richard P. Stanley wysunął hipotezy na całkowitą liczbę samouzupełniających się przegród płaszczyznowych. . Według Stanleya Robbins sformułował również wzory na całkowitą liczbę samouzupełniających się przegród płaskich w innej, ale równoważnej formie. Całkowita liczba samouzupełniających się przegród płaskich, które są podzbiorami wyrażona jest wzorem:

Konieczne jest, aby iloczyn r, s i t był parzysty. Dowód można znaleźć w artykule Symmetries of Plane Partitions napisanym przez Stanleya. Dowód działa z funkcjami Schura. } Dowód Stanleya na zwykłe wyliczenie samouzupełniających się przegród płaskich daje q poprzez zastąpienie { i} = q ^ { . Jest to szczególny przypadek wzoru na zawartość haczyka Stanleya. Funkcja generująca dla samouzupełniających się przegród płaskich jest dana przez

Zastępując tę ​​formułę w

dostarcza żądany przypadek q -analogowy.

Cyklicznie symetryczne, samouzupełniające się przegrody płaskie

Podział płaski jest cyklicznie symetrycznym samouzupełniającym się, jeśli jest symetryczny i samouzupełniający się . Rysunek przedstawia cyklicznie symetryczny, samouzupełniający się podział płaszczyzny, a odpowiednia macierz znajduje się poniżej.

Cyklicznie symetryczny, samouzupełniający się podział płaszczyzny

W prywatnej komunikacji ze Stanleyem Robbins przypuszczał, że całkowitą liczbę cyklicznie symetrycznych, samouzupełniających się przegród płaszczyznowych oblicza się wzorem . Całkowita liczba cyklicznie symetrycznych, samouzupełniających się przegród płaskich jest podana przez

{ to liczba macierzy znaków Wzór na jest podany przez

Greg wzór _

Całkowicie symetryczne, samouzupełniające się przegrody płaskie

Całkowicie symetryczny, samouzupełniający się przegroda płaska to przegroda płaska, która jest zarówno całkowicie symetryczna , jak i samouzupełniająca się . Na przykład poniższa macierz jest takim podziałem płaskim; widać to na załączonym obrazku.

Całkowicie symetryczna, samouzupełniająca się przegroda płaska

Wzór został przez Williama H. ​​Millsa, Robbinsa i Howarda Rumseya Partitions . Całkowita liczba całkowicie symetrycznych, samouzupełniających się przegród płaskich jest podana przez

Andrews udowadnia tę formułę w 1994 roku w swoim artykule Plane Partitions V: The TSSCPP Conjecture .

Zobacz też

Linki zewnętrzne