Введение

Латинские квадраты и квазигруппы — эквивалентные математические объекты, хотя латинские квадраты носят комбинаторный характер, а квазигруппы — более алгебраический. Ниже будут рассмотрены примеры для очень малых порядков, где порядок соответствует длине стороны квадрата или числу элементов в эквивалентной квазигруппе.

Эквивалентность

При условии, что квазигруппа Q содержит n элементов, ее таблица Кейли (почти всегда называемая таблицей умножения) представляет собой таблицу размером (n + 1) × (n + 1) с границами: верхняя строка – заголовки столбцов, а левый столбец – заголовки строк. Удаление границ дает массив n × n, являющийся латинским квадратом. Этот процесс можно обратить: начиная с латинского квадрата, можно добавить ограничивающую строку и столбец, чтобы получить таблицу умножения квазигруппы. Хотя способ добавления этих границ может быть выбран произвольно, квазигруппы, полученные разными способами, иногда эквивалентны в смысле, который будет определен ниже.

Изотопные квазигруппы

Пусть (Q,∘) и (R,∗) будут двумя квазигруппами. Упорядоченная тройка (f,g,h) биекций из Q в R называется изотопизмом (Q,∘) на (R,∗), если 1 = f(x) ∗ g(y) = h(x ∘ y) для всех x, y из Q. Такие квазигруппы называются изотопическими. Если в приведенном выше определении 1 = f = g = h, то квазигруппы называются изоморфными.

Обозначение

Набор символов, используемых в латинском квадрате (или квазигруппе), является произвольным, и отдельные символы не имеют никакого значения, даже если они могут иметь значение в других контекстах. Поэтому, поскольку наиболее часто встречаются наборы символов {1, 2, …, n} или {0, 1, …, n − 1}, важно помнить, что эти символы не несут никакого численного значения. Чтобы подчеркнуть это, в небольших латинских квадратах иногда используют буквы алфавита в качестве набора символов.

Изотопные инварианты

Количество различных подструктур в латинском квадрате может быть полезно для их различения. Некоторые из этих чисел одинаковы для каждого изотопа латинского квадрата и называются инвариантами изотопии. Одним из таких инвариантов является число подквадратов 2 × 2, называемых интеркалатами. Другой – общее количество поперечных, то есть множества из n позиций в латинском квадрате порядка n, по одной в каждой строке и по одному в каждом столбце, не содержащих ни одного элемента дважды. Латинские квадраты с различными значениями этих чисел должны принадлежать к разным классам изотопии. Число интеркалатов также является основным инвариантом класса.

Порядок 1

Для первого порядка существует только один латинский квадрат с символом 1 и одна квазигруппа с базовым множеством {1}; это группа, тривиальная группа.

Приказы 6-10

Количество латинских квадратов демонстрирует явление, известное как комбинаторный взрыв, по мере увеличения порядка; даже небольшое увеличение размера соответствует огромному увеличению числа вариантов. Основные значения приведены в следующих двух таблицах, и Кейли в 1890 году знал количество приведённых латинских квадратов до пятого порядка. В 1915 году Макмахон подошёл к проблеме другим способом, но первоначально получил неверное значение для пятого порядка. М. Фролов в 1890 году и Тарри в 1901 году нашли число приведённых квадратов шестого порядка. М. Фролов дал неверное количество приведённых квадратов седьмого порядка. Р. А. Фишер и Ф. Йейтс, не зная о более ранних работах Э. Шёнхардта, привели число классов изотопии порядков до шести. В 1939 году Нортон нашёл 562 класса изотопии седьмого порядка, но признал, что его метод был неполным. А. Саде в 1951 году, но ранее опубликованный в частном порядке в 1948 году, и П. Н. Саксена обнаружили больше классов, а в 1966 году Д. А. Прийс отметил, что это исправило результат Нортона до 564 классов изотопии. Однако в 1968 году Дж. У. Браун объявил о неверном значении 563, которое часто повторялось. Он также указал неверное число классов изотопии восьмого порядка. Правильное число приведённых квадратов восьмого порядка уже было найдено М. Б. Уэллсом в 1967 году, а числа классов изотопии – в 1990 году Г. Колесовой, C. W. H. Ламом и Л. Тилем. Число приведённых квадратов для девятого порядка было получено С. Е. Баммелем и Дж. Ротштейном, для десятого порядка – Б. Д. Маккеем и Э. Рогойски, а для одиннадцатого порядка – Б. Д. Маккеем и И. М. Ванлесом.