![Stephen Kennedy和Richard K.Guy在MathFest](https://i0.wp.com/blogs.ams.org/amathematicalword/files/2020/05/Richard-Guy.png?resize=300%2C245)
史蒂芬和理查德在MAA MathFest
斯蒂芬·肯尼迪(卡尔顿学院)的这篇致敬文章,AMS/MAA新闻采访,最初出现在最新一期的MAA焦点并以权限共享。
理查德·盖伊去世的消息是一个打击。不仅因为他是一个好朋友,而且因为我知道他上一本书的出现,组合数学的统一性当我几十年前第一次见到理查德的时候,我对他太敬畏了,以至于无法真正交谈,我们之间的点头微笑关系已经持续了很长一段时间。大约15年前,情况发生了变化。我坐在机场门口,离开JMM回家,理查德穿着他熟悉的棕色粗花呢夹克,配上他经常出现的Peace is a Disarming Concept翻领按钮,坐在我旁边,问我膝盖上便笺上的数学问题。当时我刚刚发现了Geometer的Sketchpad,并利用其结合欧几里德几何和运动的能力来生成本科生的研究问题,例如:共享一个外接圆的所有三角形的质心轨迹是什么?使用Geometer的Sketchpad,您可以制作一部小电影,实时观察生成的轨迹。观看真是令人激动。
我不清楚自己在机场门口遇到了什么问题,但这与上面所说的差不多,理查德仔细听着,我们花了一个小时交换想法和图片。很明显,他对几何学的了解是我的一千倍,而且他的大脑工作速度是我的两倍。但面对他的善良和谦逊,我的敬畏消失了。他真的对我的想法感兴趣,也对共同解决这个问题感兴趣。他也有剃须刀般的机智,在开完一个玩笑后,他会咧嘴一笑,让人放下武器,但那是魔鬼般的。和他一起做数学很有趣。最后他开始告诉我灯塔的问题[2]:两个旋转灯塔光束的交点的轨迹是什么?引用的论文是了解理查德的数学方法和体验他的幽默感的好地方。要快速体验后者,请查看MAA Review of探究性问题解决者理查德的另一个自我,迪克·费罗。
当我到家时,我收到了理查德的一封电子邮件,里面有关于我的问题的更多想法。我们继续了一段时间的电子邮件通信。他总是好意地假装我懂几何;我认为我很喜欢这本书对他来说已经足够了。几年后,我在卡尔加里拜访理查德,谈论一本关于组合游戏的书。我和他呆了一个星期,每天早上我们都会去他在卡尔加里大学的办公室。他教我斯普拉格-格兰迪理论,我们一起分析了几十个游戏。每天晚上,我们都会回到他家,吃一个他晚饭喜欢吃的可怕的冷冻馅饼,然后再回去工作。有一段时间,我以为我能理解三辆车的Dodgerydoo,理查德对我很有礼貌,认真考虑了我这样做的可能性。(当然,我没有。我想他可能一直都这么怀疑,但他太礼貌了,不敢这么说。)我们从来没有把这本书放在一起。尽管如此,这是我一生中最棒的数学周之一。
组合数学的统一是MAA Carus系列的最新一卷,其起源是Richard于1995年发表的一篇同名论文。理查德对这样一种看法作出了反应,即组合学只不过是解决玩具问题的一组不连贯的聪明技巧。今天很明显,组合学是一门成熟的数学学科,有着深刻的问题、微妙的结果,以及与数学其他领域的有趣联系。25年前,这一点还不清楚,组合数学与娱乐数学的联系让它看起来有点声名狼藉和轻浮。这本书最初是由唐·阿尔伯斯(Don Albers)构思的,他鼓励理查德扩展他的文章,并招募巴德·布朗(Bud Brown)为合著者。这一结果反映了两位作者的个性、他们的数学兴趣和他们迷人的解释技巧。阅读是一种纯粹的乐趣;理查德的温和机智、巴德的从容不迫、热情好客,以及两位作者对组合景观的深刻了解和绝对的喜悦,完美结合在一起。
让我尝尝。假设您想查找五-的元素子集十一-元素集$\{0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,X\}$,具有每对元素正好一起出现的属性两次。至少对我来说,这样的收藏是不可能的。快速计数——55对出现两次的每对都是110对,一个五元素的集合包含10对——这会告诉你任何这样的集合都包含11对。但这无助于找到它,甚至证明它是可能的。它只是让你放心,这显然不是不可能的。Brown-Guy示例如表1所示,但我们鼓励您在浏览之前尝试构建自己的示例。
这也不明显为什么?你想这样做。令人尊敬的答案是,这是一个$(11.5,2)$对称块设计的例子,是农业统计实验设计中出现的对象。(参数对应于前一段中的粗体数字。)这个轻浮的答案显然与柯克曼的女学生问题相似。您当然想知道$(v,k,\lambda)$的哪些值实际上对应于可实现的对称设计。你应该读第七章。我现在对跟进$11,5,2)$更感兴趣。Brown和Guy称此小工具为双翼飞机。值得了解原因。
假设我们不会要求每对元素出现两次,而是满足于一个外观。如上所述,共有55对,每个五元组包含10个,因此$(11.5,1)$未通过明显的可分性测试,因此不存在此类对象。但是,举一个例子,$(91,10,1)$并没有失败,因此,这显然不是不可能的。(这些数字是发生了什么的线索,但你可能不知道。)如果我们将元素视为点,我们将寻找十点子集,这样每对点正好位于一个子集中。将“子集”替换为“线”,就可以识别有限射影的描述飞机第九道。因此,$(11,5,2)$双翼飞机。更重要的是,也许你开始看到布朗·古伊的《团结》
布朗在[1]中问自己,他如何才能画出一幅有用的$(11,5,2)$双翼飞机的图片。他想让这幅画反映出设计的一些对称性。例如,请注意,两个五周期$(1,3,9,5,4)(2,6,7,X,8)$的乘积是原始五阶集合的置换。请注意,它保留了块结构,例如,2456X变为61478。这对应于图中的五重旋转对称。事实上,正如Brown和Guy所示,双翼飞机的对称群实际上有660阶,可以显示为$PSL(2,11)$。图1中可以直接看到许多对称性。
![](https://i0.wp.com/blogs.ams.org/amathematicalword/files/2020/05/Fig1_table1-002.png?resize=300%2C249)
最后一次统一观察。值得注意的是,$2^{11}=1+\binom{23}{1}+\binom{23}{2}+\binom{23}{3}$。众所周知,这个等式正是完美的三纠错二进制码存在所需要的。字母表有23个符号,密码长度为12。类似地,事实上$1+2\cdot\binom{11}{1}+2^2\cdot\binom{11}}{2}=3^5$意味着存在一个完美的二元纠错码。在这种情况下,字母表有11个字母,码字长度为6。这些代码中的每一个都可以实现为特定矩阵的行空间$关联矩阵对于$(11.5,2)$双平面,如果元素$i$位于双平面的子集$j$中,则在$(i,j)$条目中输入1,否则输入0。(注意:子集由表1中列出的第一个元素索引。)对于每个代码,此关联矩阵作为子矩阵存在于代码矩阵中。我们邀请您探讨原因。
以上所有内容仅摘自布朗古伊的一章,我们已经学习了统计学、群论、线性代数、编码理论、娱乐数学和射影几何。也许《组合数学的普遍性》是一个更好的标题。无论我们怎么称呼它,它都充满了奇迹,充满了理查德的精神。它是对一位数学巨人的恰当纪念,我们有幸拥有他103年。
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[1] 埃兹拉·布朗,《神奇(11,5,2)双平面》,《数学》。杂志,77:2,
87–1002004年,内政部:10.1080/0025570x.2004.11953234。
[2] 理查德·盖伊,《灯塔定理》,莫利和马尔法蒂-
《矛盾预算》,艾默尔。数学。每月,114:2,
97–1412007年,内政部:10.1080/00029890-2007.11920398。