Кіріспе

Дөңес қабықшалармен қиылысатын бөліктерге бөлу туралы Дискретті геометрияда Тверберг теоремасы, алғаш рет 1966 жылы Хельге Твербергпен тұжырымдалған, d өлшемді евклид кеңістігіндегі жеткілікті көп нүктелерді қиылысатын дөңес қабықшалары бар жиынтықтарға бөлуге болады. Атап айтқанда, кез келген оң бүтін сандар d, r және кез келген нүктелер жиыны үшін, берілген нүктелерді r жиынтыққа бөлуге болады, олардың дөңес қабықшаларының барлығы ортақ нүктеге ие; яғни, x нүктесі бар (міндетті түрде берілген нүктелердің бірі емес), ол барлық жиынтықтардың дөңес қабықшасына жатады. Осы теоремадан туындайтын бөлу Тверберг бөлімі деп аталады. r = 2 ерекше жағдайы бұрын Радонмен дәлелденген және ол Радон теоремасы деп белгілі.

Мысалдар

d = 1 жағдайында нақты түзудегі кез келген 2r−1 нүктесін қиылысатын дөңгелек қабылдамалары бар r қосалқы жиынтыққа бөлуге болады. Шындығында, егер нүктелер x1 < x2 < … < x2r < x2r+1 болса, онда i үшін Ai = {xi, x2r+1-i} бөлінісі 1, 2, …, r шартты қанағаттандырады (және ол бірегей). r = 2 үшін Тверберг теоремасы кез келген d + 2 нүктені қиылысатын дөңгелек қабылдамалары бар екі кіші жиынтыққа бөлуге болады дейді. Бұл Радон теоремасы деп аталады. Бұл жағдайда, ерекше жағдайдағы нүктелер үшін бөлу бірегей болады. r = 3 және d = 2 жағдайы жазықтықтағы кез келген жеті нүктені қиылысатын дөңгелек қабылдамалары бар үш кіші жиынтыққа бөлуге болады дейді. Суретте көрсетілген жеті нүкте – тұрақты жетібұрыштың төбелері. Мысалдан көрініп тұрғандай, нүктелердің бір жиынтығының көптеген әртүрлі Тверберг бөлістері болуы мүмкін; бұл жеті нүктені бір-біріне айналдыру арқылы ерекшеленетін жеті түрлі жолмен бөлуге болады.

Топологиялық Тверберг теоремасы

Тверберг теоремасының баламалы тұжырымдамасы: d және r оң бүтін сандар болсын, және N := (d+1)(r-1) болсын. Егер ƒ – N өлшемді симплекстен ΔN-ден Rd-ге дейінгі кез келген аффиндік функция болса, онда ƒ астындағы бейнелері қиылысатын ΔN-нің r жұптық бөлек беттері бар. Яғни: ΔN-нің F1, …, Fr беттері бар, мұндағы және . Олар эквивалентті, өйткені симплекстегі кез келген аффиндік функция оның төбелерінің бейнелерімен толық анықталады. Формальды түрде, ƒ – ΔN-ден Rd-ге дейінгі аффиндік функция болсын. ΔN-нің төбелері болсын, ал олардың ƒ астындағы бейнелері болсын. Бастапқы тұжырымдама бойынша, төбелерді r бөлек жиынға бөлуге болады, мысалы, ((xi)i∈Aj)j∈[r], олардың дөңгелек қабықшалары жабысады. f аффиндік болғандықтан, Aj жиынындағы (xi)i-нің дөңгелек қабықшасы, Aj жиынындағы (vi)i нүктелері арқылы анықталатын беттің бейнесі болып табылады, барлық j ∈ [r] үшін. Бұл беттер жұптық бөлек, және олардың f астындағы бейнелері, жаңа тұжырымдамада айтылғандай, қиылысады. Топологиялық Тверберг теоремасы бұл тұжырымдаманы жалпылайды. Ол f-тің міндетті түрде аффиндік емес, кез келген үздіксіз функция болуына мүмкіндік береді. Бірақ, қазіргі уақытта бұл тек r саны жай санның дәрежесі болған жағдайда ғана дәлелденген: d оң бүтін сан болсын, ал r – жай санның дәрежесі болсын. N := (d+1)(r-1) болсын. Егер ƒ – N өлшемді симплекстен ΔN-ден Rd-ге дейінгі кез келген үздіксіз функция болса, онда ƒ астындағы бейнелері қиылысатын ΔN-нің r жұптық бөлек беттері бар. Яғни: ΔN-нің F1, …, Fr беттері бар, мұндағы және .

Дәлелдендіру

Топологиялық Тверберг теоремасын Барани, Шлосман және Сзуцтар жай сан үшін дәлелдеді. Матусек жойылған қосылымдарды пайдалана отырып дәлел келтіреді. Теорема жай санның дәрежесі үшін Озайдин, ал кейін Воловиков пен Саркария дәлелдеді.