ชุดแดนเซอร์

ในทางเรขาคณิตเซตของ Danzerคือเซตของจุดที่สัมผัสกับวัตถุ นูนทุกอัน ที่มีปริมาตรหนึ่งหน่วยLudwig Danzerตั้งคำถามว่าเซตดังกล่าวสามารถมีความหนาแน่นจำกัดได้หรือไม่[ 1 ] [ 2 ]ปัญหาหลายรูปแบบยังคงไม่ได้รับการแก้ไข[ 3 ]
สูตร
เซต ของDanzerในปริภูมิยุคลิดมิติnคือเซตของจุดในปริภูมิที่มีจุดตัดที่ไม่ว่างเปล่ากับทุกทรงนูนที่มีปริมาตรมิติnเท่ากับหนึ่ง ปริภูมิทั้งหมดเองก็เป็นเซตของ Danzer แต่เป็นไปได้ที่เซตของ Danzer จะเป็นเซตแบบไม่ต่อเนื่องที่มีจุดเพียงจำนวนจำกัดในพื้นที่ที่มีขอบเขต[ 4 ]คำถามของ Danzer ถามว่า จำนวนจุดเฉลี่ยต่อหน่วยพื้นที่สามารถมีขอบเขตได้หรือไม่[ 1 ]
วิธีหนึ่งในการกำหนดปัญหาให้เป็นทางการมากขึ้นคือการพิจารณาอัตราการเติบโตของเซตในปริภูมิยูคลิด มิติ -ซึ่งนิยามว่าเป็นฟังก์ชันที่แมปจำนวนจริงถึงจำนวนจุดของที่อยู่ในระยะทางที่กำหนดจากจุดกำเนิดคำถามของแดนเซอร์คือ เป็นไปได้หรือไม่ที่เซตของแดนเซอร์จะมีอัตรา การเติบโตแสดงในสัญกรณ์บิ๊กโอหากเป็นเช่นนั้น จะเท่ากับอัตราการเติบโตของเซตจุดที่มีระยะห่างที่ดี เช่นแลตทิซจำนวนเต็ม (ซึ่งไม่ใช่เซตแดนเซอร์) [ 1 ]
สูตรที่เทียบเท่ากันนั้นเกี่ยวข้องกับความหนาแน่นของเซตซึ่งกำหนดไว้ดังนี้ ที่ไหนหมายถึงทรงกลมยุคลิดที่มีรัศมีในปริภูมิยูคลิด มิติ n โดยมีจุดศูนย์กลางอยู่ที่จุดกำเนิด และแสดงถึงปริมาตรของมันคำถามของ Danzer ถามว่ามีเซต Danzer ที่มีความหนาแน่นจำกัดหรือไม่ หรืออีกทางหนึ่ง เซตที่มีความหนาแน่นจำกัดทุกเซตมีเซตเว้าที่มีปริมาตรสูงตามอำเภอใจซึ่งแยกจากกันหรือไม่[ 3 ]
แทนที่จะขอเซตความหนาแน่นที่มีขอบเขตซึ่งตัดกับเซตแบบนูนใดๆ ที่มีปริมาตรหนึ่งหน่วย การขอเซตความหนาแน่นที่มีขอบเขตซึ่งตัดกับทรงรีทั้งหมดที่มีปริมาตรหนึ่งหน่วย หรือรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้าหลายมิติ ทั้งหมด ที่มีปริมาตรหนึ่งหน่วยนั้นเทียบเท่ากัน ตัวอย่างเช่น ในระนาบ รูปร่างของเซตที่ตัดกันเหล่านี้สามารถจำกัดให้เป็นวงรีหรือสี่เหลี่ยมผืนผ้าได้ อย่างไรก็ตาม รูปร่างเหล่านี้ไม่จำเป็นต้องมีด้านหรือแกนขนานกับแกนพิกัดเสมอไป[ 3 ]
ผลลัพธ์บางส่วน
สามารถสร้างเซตของอัตราการเติบโตแบบ Danzer ที่อยู่ภายในปัจจัยพหุโลการิทึมได้ตัวอย่างเช่น การซ้อนทับตารางสี่เหลี่ยมผืนผ้าที่มีเซลล์ปริมาตรคงที่แต่มีอัตราส่วนด้าน ที่แตกต่างกัน สามารถทำให้ได้อัตราการเติบโตที่สูงขึ้น[ 5 ] โครงสร้างสำหรับเซต Danzer เป็นที่รู้จักโดยมีอัตราการเติบโตที่ค่อนข้างช้า[ 3 ] [ 4 ]โครงสร้างนี้อิงตามผลลัพธ์เชิงลึกของMarina Ratnerในทฤษฎีเออร์โกดิก ( ทฤษฎีบทของ Ratner ) [ 4 ]เนื่องจากทั้งกริดที่ซ้อนทับและโครงสร้างที่ได้รับการปรับปรุงมีอัตราการเติบโตที่เร็วกว่าเซตเหล่านี้ไม่มีความหนาแน่นที่จำกัด และคำตอบสำหรับคำถามของ Danzer ยังคงไม่เป็นที่ทราบ[ 3 ] [ 4 ]
แม้ว่าการมีอยู่ของเซต Danzer ที่มีความหนาแน่นจำกัดยังคงเป็นเรื่องที่ยังไม่ได้รับการแก้ไข แต่ก็เป็นไปได้ที่จะจำกัดคลาสของเซตจุดที่อาจเป็นเซต Danzer ด้วยวิธีอื่นนอกเหนือจากความหนาแน่น ซึ่งเป็นการตัดทิ้งคำตอบบางประเภทสำหรับคำถามของ Danzer โดยเฉพาะอย่างยิ่ง เซต Danzer ไม่สามารถเป็นผลรวมของแลตทิซ จำนวนจำกัด ได้[ 5 ]ไม่สามารถสร้างขึ้นโดยการเลือกจุดในแต่ละไทล์ของการปูแบบแทนที่ (ในตำแหน่งเดียวกันสำหรับแต่ละไทล์ประเภทเดียวกัน) และไม่สามารถสร้างขึ้นโดยวิธีการตัดและฉายภาพเพื่อสร้างการปูแบบไม่เป็นคาบได้ดังนั้น จุดยอดของการปูแบบกังหันลมและการปูแบบ Penrose จึง ไม่ใช่เซต Danzer [ 4 ]
การเปลี่ยนแปลง
ขอบเขตความคุ้มครอง
ปัญหาที่ได้รับการปรับปรุงให้เข้มข้นขึ้น ซึ่งเสนอโดยTimothy Gowersถามว่ามีเซต Danzer อยู่จริงหรือไม่ซึ่งมีขอบเขตจำกัดขึ้นอยู่กับจำนวนจุดตัดระหว่างและวัตถุนูนใดๆ ที่มีปริมาตรหนึ่งหน่วย[ 6 ]เวอร์ชันนี้ได้รับการแก้ไขแล้ว: เป็นไปไม่ได้ที่เซต Danzer ที่มีคุณสมบัตินี้จะมีอยู่[ 7 ]
การแยกจากกัน
ปัญหาอีกรูปแบบหนึ่งที่ยังไม่ได้รับการแก้ไขคือปัญหาแมลงวันตายของคอนเวย์จอห์น ฮอร์ตัน คอนเวย์เล่าว่าตอนเป็นเด็ก เขาเคยนอนในห้องที่มีวอลเปเปอร์ลายดอกไม้คล้ายกับแมลงวันตายเรียงกัน และเขาพยายามหาบริเวณนูนที่ไม่มีแมลงวันตายอยู่[ 8 ] ในการกำหนดของคอนเวย์ คำถามคือมีเซตแดนเซอร์อยู่หรือไม่ ซึ่งจุดของเซต (แมลงวันตาย) แยกจากกันด้วยระยะทางที่จำกัด เซตดังกล่าวจะต้องมีขอบเขตบนของระยะทางจากแต่ละจุดบนระนาบไปยังแมลงวันตาย (เพื่อให้สัมผัสกับวงกลมทั้งหมดที่มีพื้นที่หนึ่งหน่วย) ดังนั้นมันจึงก่อตัวเป็นเซตเดโลนซึ่งเป็นเซตที่มีทั้งขอบเขตล่างและขอบเขตบนของระยะห่างของจุด นอกจากนี้ยังจำเป็นต้องมีอัตรา การเติบโตด้วยดังนั้นหากมีอยู่จริง ก็จะแก้ปัญหาของ Danzer เวอร์ชันดั้งเดิมได้เช่นกัน Conway เสนอรางวัล 1,000 ดอลลาร์สำหรับวิธีแก้ปัญหาของเขา[ 8 ] [ 9 ]ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของชุดปัญหาที่รวมถึงปัญหากราฟ 99 กราฟของ Conwayการวิเคราะห์เหรียญเงินและ การคาด การณ์thrackle [ 9 ]
ดูเพิ่มเติม
- ปัญหาสามเหลี่ยมไฮล์บรอนน์เกี่ยวกับเซตของจุดที่ไม่ก่อให้เกิดสามเหลี่ยมที่มีพื้นที่ขนาดเล็ก
- ทฤษฎีบทของมินคอฟสกีกล่าวว่า ทรงนูนปิดทุกทรงที่มีปริมาตรหนึ่งหน่วยและสมมาตรแบบศูนย์กลางรอบจุดกำเนิด จะมีจุดที่ไม่เป็นศูนย์บนโครงข่ายครึ่งจำนวนเต็มอย่างน้อยหนึ่งจุด