Кіріспе

Бүтін сандардың ұзын тығыз қосалқы жиындары кез келген үлкен арифметикалық прогрессияны қамтиды. Арифметикалық комбинаторикада Сземереди теоремасы – бүтін сандардың қосалқы жиындарының ішіндегі арифметикалық прогрессияларға қатысты мәлімдеме. 1936 жылы Эрдос және Туран оң жаратылыс тығыздығына ие кез келген А бүтін сандар жиынында, кез келген k үшін k мүшелі арифметикалық прогрессия бар деген болжам жасады. Эндре Сземереди 1975 жылы осы болжамды дәлелдеді.

Тарих

Ван дер Ваерден теоремасы, Сземереди теоремасының алғы күші ретінде, 1927 жылы дәлелденді. Сземереди теоремасының k = 1 және k = 2 жағдайлары тривиалды болып табылады. k = 3 жағдайы, Рот теоремасы ретінде белгілі, 1953 жылы Клаус Рот Харди-Литлвуд шеңбер әдісін бейімдеу арқылы дәлелдеді. Эндре Сземереди k = 4 жағдайын комбинаторика көмегімен дәлелдеді. Рот 1972 жылы k = 3 жағдайы үшін қолданған тәсілге ұқсас тәсіл қолданып, осыған екінші дәлел келтірді. Жалпы жағдай да 1975 жылы Сземереди тарапынан шешілді, ол k = 4 үшін бұрынғы комбинаторлық аргументін гениалды және күрделі түрде кеңейтті (Эрдёш бұл туралы «комбинаторлық ойлаудың шедеврі» деген баға берді). Қазіргі таңдағы бірнеше дәлелдер белгілі, олардың ең маңыздысы – 1977 жылы Хиллель Фурстенбергтің эргодикалық теорияны қолдану арқылы, ал 2001 жылы Тимоти Гоуэрстің Фурье талдауы мен комбинаториканы қолдану арқылы келтірген дәлелдері. Теренс Тао Сземереди теоремасының әртүрлі дәлелдерін математиканың әртүрлі салаларын байланыстыратын «Розетта тасы» деп атады.

Кеңейтулер мен жалпылаулар

Сземереди теоремасының көпөлшемді жалпылауын алғаш рет Хиллель Фюрстенберг пен Ицхак Катзнелсон эргодикалық теорияны қолдана отырып дәлелдеді. Тимоти Говерс, Войтех Родль және Жозеф Скокан, Брендан Нагль, Родль және Матиас Шахтпен бірге, сондай-ақ Теренс Тао комбинаторлық дәлелдемелер ұсынды. Александр Лейбман мен Виталий Бергельсон Сземереди теоремасын полиномиялық прогрессияларға жалпылады: Егер оң жоғарғы тығыздығы бар жиын болса және – бүтін сандық мәнді полиномдар болса, онда барлық үшін шексіз көптеген мәндер бар. Лейбман мен Бергельсоннің нәтижесі көпөлшемді жағдайда да қолданылады. Сземереди теоремасының шекті нұсқасы шекті аддитивті топтарға, соның ішінде шекті өрістердегі векторлық кеңістіктерге жалпыландырылуы мүмкін. Шекті өрістің аналогы теореманы табиғи сандарда түсіну үшін модель ретінде пайдаланылуы мүмкін. Сземереди теоремасының k=3 жағдайындағы векторлық кеңістіктегі шектерді табу мәселесі «қақпақ жиынтығы» мәселесі деп аталады. Грин–Тао теоремасы жай сандарда кез келген ұзындықтағы арифметикалық прогрессиялар бар екенін көрсетеді. Бұл Сземереди теоремасынан туындамайды, себебі жай сандардың тығыздығы табиғи сандарда 0-ге тең. Дәлелдемесінің бір бөлігі ретінде Бен Грин мен Тао, белгілі бір псевдорандомдық шарттарды қанағаттандыратын бүтін сандардың (тіпті 0 тығыздығы бар сандардың) ішкі жиынтықтарына қатысты «салыстырмалы» Сземереди теоремасын енгізді. Кейіннен Дэвид Конлон, Джейкоб Фокс және Юфэй Чжао одан да жалпылама салыстырмалы Сземереди теоремасын ұсынды. Арифметикалық прогрессиялар туралы Эрдос болжамы Сземереди теоремасы мен Грин–Тао теоремасын қамтиды.