Articulo de referencia

Problema de McMullen

Problema sin resolver en matemáticas ¿Para cuántos puntos siempre es posible transformar proyectivamente los puntos a una posición convexa? Más problemas sin resolver en matemát...

Problema sin resolver en matemáticas
¿Para cuántos puntos siempre es posible transformar proyectivamente los puntos a una posición convexa?

El problema de McMullen es un problema abierto en geometría discreta que recibe su nombre de Peter McMullen .

Declaración

En 1972, David G. Larman escribió sobre el siguiente problema: [ 1 ]

Determina el número más grandeν(d){\displaystyle \nu (d)}de tal manera que para cualquier dadoν(d){\displaystyle \nu (d)}puntos en posición general en eld{\displaystyle d}espacio afín dimensionalRd{\displaystyle \mathbb {R} ^{d}}Hay una transformación proyectiva que mapea estos puntos a una posición convexa (de modo que forman los vértices de un politopo convexo ).

Larman atribuyó el problema a una comunicación privada de Peter McMullen.

Formulaciones equivalentes

Gale transforma

Utilizando la transformada de Gale , este problema puede reformularse como:

Determina el número más pequeñoμ(d){\displaystyle \mu (d)}de tal manera que para cada conjunto deμ(d){\displaystyle \mu (d)}agujas incógnita={incógnita1,incógnita2,,incógnitaμ(d)}{\displaystyle X=\{x_{1},x_{2},\dots ,x_{\mu (d)}\}}en posición lineal general sobre la esferaSd1{\displaystyle S^{d-1}}es posible elegir un conjuntoY={ε1incógnita1,ε2incógnita2,,εμ(d)incógnitaμ(d)}{\displaystyle Y=\{\varepsilon _{1}x_{1},\varepsilon _{2}x_{2},\dots ,\varepsilon _{\mu (d)}x_{\mu (d)}\}}dóndeεi=±1{\displaystyle \varepsilon _{i}=\pm 1}parai=1,2,,μ(d){\displaystyle i=1,2,\dots ,\mu (d)}, de tal manera que cada hemisferio abierto deSd1{\displaystyle S^{d-1}}contiene al menos dos miembros deY{\displaystyle Y}.

Los númerosν{\displaystyle \nu }de la formulación original del problema de McMullen yμ{\displaystyle \mu }Las formulaciones de la transformada de Gale están conectadas por las relaciones μ(k)=min{wwν(wk1)}ν(d)=máximo{wwμ(wd1)}{\displaystyle {\begin{aligned}\mu (k)&=\min\{w\mid w\leq \nu (w-k-1)\}\\\nu (d)&=\max\{w\mid w\geq \mu (w-d-1)\}\end{aligned}}}

Dividir en cascos casi disjuntos

Además, mediante una simple observación geométrica, se puede reformular como:

Determina el número más pequeñoλ(d){\displaystyle \lambda (d)}de tal manera que para cada conjuntoincógnita{\displaystyle X}deλ(d){\displaystyle \lambda (d)}puntos enRd{\displaystyle \mathbb {R} ^{d}}existe una partición deincógnita{\displaystyle X}en dos conjuntosA{\displaystyle A}yB{\displaystyle B}con conv(A{incógnita})conv(B{incógnita}),incógnitaincógnita.{\displaystyle \operatorname {conv} (A\backslash \{x\})\cap \operatorname {conv} (B\backslash \{x\})\not =\varnothing ,\forall x\in X.\,}

La relación entreμ{\displaystyle \mu }yλ{\displaystyle \lambda }es μ(d+1)=λ(d),d1{\displaystyle \mu (d+1)=\lambda (d),\qquad d\geq 1\,}

Dualidad proyectiva

Una disposición de líneas dual al pentágono regular. Toda disposición proyectiva de cinco líneas, como esta, tiene una celda tocada por las cinco líneas. Sin embargo, al añadir la línea en el infinito se obtiene una disposición de seis líneas con seis caras pentagonales y diez caras triangulares; ninguna cara es tocada por todas las líneas. Por lo tanto, la solución al problema de McMullen para d  =  2 es ν  =  5.

El enunciado dual proyectivo equivalente al problema de McMullen es determinar el mayor númeroν(d){\displaystyle \nu (d)}de tal manera que cada conjunto deν(d){\displaystyle \nu (d)}Los hiperplanos en posición general en el espacio proyectivo real d -dimensional forman una disposición de hiperplanos en la que una de las celdas está delimitada por todos los hiperplanos.

Resultados

Este problema aún está abierto. Sin embargo, los límites deν(d){\displaystyle \nu (d)}se encuentran en los siguientes resultados:

  • David Larman demostró en 1972 que [ 1 ]2d+1ν(d)(d+1)2.{\displaystyle 2d+1\leq \nu (d)\leq (d+1)^{2}.}
  • Michel Las Vergnas demostró en 1986 que [ 2 ]ν(d)(d+1)(d+2)2.{\displaystyle \nu (d)\leq {\frac {(d+1)(d+2)}{2}}.}
  • Jorge Luis Ramírez Alfonsín demostró en 2001 que [ 3 ]ν(d)2d+d+12.{\displaystyle \nu (d)\leq 2d+\left\lceil {\frac {d+1}{2}}\right\rceil .}

La conjetura de este problema es queν(d)=2d+1{\displaystyle \nu (d)=2d+1}Esto se ha demostrado parad=2,3,4{\displaystyle d=2,3,4}. [ 1 ] [ 4 ]

Referencias

  1. 1 2 3 Larman, DG (1972), "Sobre conjuntos proyectivamente equivalentes a los vértices de un politopo convexo", The Bulletin of the London Mathematical Society , 4 : 6–12 , doi : 10.1112/blms/4.1.6 , MR 0307040 
  2. Las Vergnas, Michel (1986), "Caminos de Hamilton en torneos y un problema de McMullen sobre transformaciones proyectivas enRd{\displaystyle \mathbb {R} ^{d}}«, The Bulletin of the London Mathematical Society , 18 (6): 571– 572, doi : 10.1112/blms/18.6.571 , MR 0859948 
  3. Ramírez Alfonsín, JL (2001), "Matroides orientados a Lawrence y un problema de McMullen sobre equivalencias proyectivas de politopos", European Journal of Combinatorics , 22 (5): 723–731 , doi : 10.1006/eujc.2000.0492 , MR 1845496 
  4. Forge, David; Las Vergnas, Michel ; Schuchert, Peter (2001), "10 puntos en dimensión 4 no son proyectivamente equivalentes a los vértices de un politopo convexo", Geometrías combinatorias (Luminy, 1999), European Journal of Combinatorics , 22 (5): 705–708 , doi : 10.1006/eujc.2000.0490 , MR 1845494