$\def\sbs#1#2{\left[#1\top#2\right]}$

二项式系数计算给定集合的子集;成套设备它们本身都值得一看。首先是一些方便的符号:

定义1.7.1设$[n]=\{1,2,3,\ldots,n\}$。然后$\ds 2^{[n]}$表示集合$[n]$的所有子集中,$\sbs{n}{k}$表示集合大小为$k$的$[n]$子集。美元\平方$

示例1.7.2设$n=3$。然后$$\eqalign美元{\sbs{n}{0}&=\{\emptyset\}\cr\sbs{n}{1}&=\{1\}、\{2\}和\{3\}\}\cr\sbs{n}{2}&=\{1,2\},\{1,3\},\{2,3\}\}\cr\sbs{n}{3}&={1,2,3\}\}\cr}$$美元\平方$

定义1.7.3A类在$\ds 2^{[n]}$中是一组通过包含线性排序的$\ds2^{[n]}$的子集。反链在$\ds 2^{[n]}$中是一组两两不可比较的$\ds2^{[n]}$的子集。美元\平方$

示例1.7.4在$\ds2^{[3]}$中,$\ds\{\emptyset,\{1\},\{1,2,3\}$是一个链,因为$\ds\emptyset\subsetq\{1\}\substeq\{1,2,3\}$。每个$\sbs{n}{k}$都是反链$\ds\{\{1\},\{2,3\}$。这套$\ds\{1}、\{1,3}、\{2,3}$既不是链,也不是反链。美元\平方$

因为定理1.3.4我们知道在$\sbs{n}{k}形式的所有反链中$最大的是“中间”的,即$\sbs{n}{lfloor n/2\rfloor}$和$\sbs{n}{\lceiln/2\rceil}$(两者相同如果$n$是偶数)。值得注意的是,这些是所有反链中最大的,也就是说,严格来说,比其他所有反链都大。当$n=3$时反链$\sbs{3}{1}$和$\sbs}3}{2}$是唯一的尺寸为3的反链,没有反链更大,因为您可以通过检查所有可能性进行验证。

在我们证明这一点之前,先来点符号。

定义1.7.5如果$\sigma\colon A\到A$是双射,则调用$\sigma$排列。美元\平方$

这个单词置换的用法与我们之前的用法不同,但这两者是密切相关的。考虑这样一个函数$\sigma\colon[n] \至[n]$。由于本例中的集合$A$是有限的,我们可以原则列出$\sigma$的每个值:$$\西格玛(1)、\西格马(2)、\西格玛(3)、\ ldots、\ sigma(n)$$这是数字$\{1,\ldots,n\}$的列表,按一定顺序排列,即,这是根据我们以前的用法进行的排列。我们可以继续根据上下文或明确的说明我们的意思。

定理1.7.6(斯伯纳定理)最大尺寸的反链只有$\sbs{n}{lfloor n/2\rfloor}$和$\sbs{n}{\lceil n/2\rceil}$。

证明。首先,我们证明了没有反链比这两个更大。我们试图将$\ds 2^{[n]}$分区为$k={n\choose \lfloor n/2\rfloor}$链条,也就是说,寻找链条$$\eqalign美元{&A_{1,0}\substeq A_{1.1}\ substeqA_{1.2}\ suBSteq\cdots\substegA_{1,m_1}\cr&A_{2,0}\subseteq A_{2,1}\subesteq A_2,2}\substeq\cdots\subseteq A_2,m_2}\cr&\视频短片\cr&A_{k,0}\subseteq A_{k,1}\substeq A_}k,2}\subesteq\cdots\subseteq A_{k,m_k}\cr}$$这样,$[n]$的每个子集作为$\dsA{i,j}$之一出现一次。如果我们能找到这样的分区,那么由于反链可以在同一条链中,没有反链可以有超过$k$个元素。

对于$n$的较小值,可以手动完成;对于$n=3$,我们有$$\eqalign美元{&\空集\子结构\{1\}\子结构&\{2\}\subseteq\{2,3\}\cr&\{3\}\substeq\{1,3\}\cr}$$这些小案例构成归纳的基础。我们将证明这一点任何$\ds2^{[n]}$都可以分为两个这样的链其他属性:

    1.链中的每个集合正好包含一个元素比链条上第二个最小的组。

    2.最小和最大元素的大小之和链中有$n$。

注意,案例$n=3$的链同时具有这两个属性。这两个属性加在一起意味着每条链“穿过中间的”“,即每个链都包含$\sbs{n}{n/2}$如果$n$是偶数,则为$\sbs{n}{lfloor n/2\rfloor}$和如果$n$是奇数,则为$\sbs{n}{\lceiln/2\rceil}$。因此,如果我们成功地证明了这种链式分区的存在,那么正好是$n\choose\lfloor n/2\rfloor$chains。

对于归纳步骤,我们假设已经对$\ds进行了分区2^{[n-1]}$到这样的链中,并为$\ds构造链2^{[n]}$。

首先,对于每个链条$A_{i,0}\substeqA_{i,1}\substeq\cdots\substeqA_{i,m_i}$我们形成一个新链条$A_{i,0}\subseteq A_{i,1}\substeq\cdots\subseteq A_{i,m_i}\subesteqA_{i,m_i}\杯\{n\}$。由于$|A_{i,0}|+|A_}i,m_i}|=n-1$,$|A{i,0}|+| A_{i,m_i}\cup\{n\}|=n$,所以这个新链满足性质(1)和(2)。

此外,如果$m_i>0$,我们将形成一个新链$A_{i,0}\cup\{n\}\subseteq A_{i,1}\cup \{n\}\substeq\cdots\subseteqA_{i,m_i-1}\杯\{n\}$。现在$$\eqalign美元{|A_{i,0}\杯\{n\}|+|A_{i,m_i-1}\杯|&=|A_{i,0}|+1+|A_{i,m_i-1}|+1\cr&=|A_{i,0}|+1+|A_}i,m_i}|-1+1\cr&=n-1+1=n \cr}$$所以再次满足了属性(1)和(2)。

由于第一种链,$[n-1]$的所有子集都是在新的链条组中只包含一次。此外,我们还添加了元素$n$只对$[n-1]$的每个子集执行一次,因此我们有包括$[n]$的每个子集,其中只包含一次$n$。因此,我们已生成所需的$\ds2^{[n]}$分区。

现在我们需要证明,唯一最大的反链是$\sbs{n}{\floorn/2\floor}$和$\sbs{n}{\lceil n/2\rceil}$。

假设$A_1,A_2,…,A_m$是反链;然后$A_1^c,A_2^c,…,A_m^c$也是一个反链,其中$A^c$表示$A$的补语。因此,如果存在包含一些$A$带有$|A|>\lceil n/2\rceil$,还有一个包含$A^c$和$|A^c|<\floor n/2\floor$。假设某些反链包含带有$|a|<\lfloor n/2\rfloor$的集合$a$。接下来,我们证明这个反链不可能是最大的。

分区$\ds 2^{[n]}$,如证明。假设$A$是的元素的子集一个或两个元素的链$C$,也就是说,一个由如果$n$是偶数,则只包含大小为$n/2$的集合$S_1$,或包含个集合$S_1$和$S_2$的大小为$\lfloor n/2\rfloor$和$\lceil n/2\rceil$,如果$n$是奇数,则使用$A\subseteq S_1\subseteq S_2$。那么,$C$的任何成员都不在反链中。因此,最大的包含$A$的反链的可能大小为${n\choose\lfloor n/2\rfloor}-1$。

如果$A$不是短链元素的子集,我们现在证明还有另一个链式隔板具有此属性的$\ds2^{[n]}$。请注意,在原始链分区必须有长度为1或2的链,$C_1$,由$S_1$和可能的$S_2$组成;如果不是,每个链都包含一组大小为$\lfloor n/2\rfloor-1$的,但这样的场景还不够。那么假设$A=\{x_1,\ldots,x_k\}$,$C_1$中的集合$S_1$是$S_1=\{x_1,\ldots,x_q,y_{q+1},\ldots y_l\}$,其中$0\le q<k$和美元>千美元。

让$\sigma$是$[n]$的排列,这样对于$1\le i \le k-q$和$\sigma$修复所有其他元素。现在,对于$U\subseteq[n]$,让$\overlineU=σ(U)$,注意$U\subseteq V$if和仅当$\上划线U\下划线V$时。因此原始链分区映射到链。因为$\sigma$是双射,这些新链也用附加属性组成$\ds2^{[n]}$的分区(1) 和(2)。根据$\sigma$的定义,$A\substeq\overline S_1$和$\{\overlines S_1,\overllineS_2\}$是一条链,比如说$\在C_1$上面。因此,这个新链分区具有所需的属性:$A$是1或2元素链$\的每个元素的子集覆盖线C_ 1$,因此$A$不在最大大小的反链中。

最后,我们需要证明,如果$n$是奇数,则没有最大反链size包含两个集合$\sbs{n}{lfloor n/2\rfloor}$和$\sbs{n}{\lceil n/2\rceil}$。假设有这样一个反链,由集合组成$A_{k+1}、\ldot、$\sbs{n}{\lceil中的A_l$n/2\rceil}$,其中$l={n\choose\lceiln/2\rceil}$,和$B_1,\ldot,B_k$英寸$\sbs{n}{lfloor n/2\rfloor}$。其余几组在$\sbs{n}{\lceiln/2\rceil}$中中的$A_1、\ldots、A_k$和其余集合$\sbs{n}{lfloor n/2\rfloor}$是$B_{k+1},\ldots,B_l$。

每个集合$B_i$、$1\lei\lek$都包含在$\lceil中n/2\rceil$设置在$\sbs{n}{\lceil n/2\ercil}$中,并且全部必须在$A_1、\ldots、A_k$之间。那么,平均每个$A_i$,$1\le i\le k$,包含$\lceil n/2\rceil$个集合$B_1,\ldots,B_k$。但每个集合$A_i$、$1\lei\lek$都包含$\lceil n/2\rceil$集合在$\sbs{n}{\floor中n/2\rfloor}$,因此每个必须正好包含$\lceil集合$B_1、\ldots、B_k$的n/2\rceil$,但没有集合$B_{k+1},\ldots,B_l$。

设$A_1=A_{j_1}=\{x_1,\ldots,x_r\}$和$B_{k+1}=\{x_1,\ldots,x_s,y_{s+1},\ldots,y_}r-1}\}$。设$B_{i_m}=A_{j_m}\反斜杠\{x_{s+m}\}$和$A_{j_{m+1}}=B_{i_m}\cup\{y_{s+m}\}$,价格为$1\lem\ler-s-1$。注意,在前面的讨论中,$1\le i_m\le k$和$1\le j_m\le k$。然后$A_{j_{r-s}}=\{x_1,\ldots,x_s,y_{s+1},\ltots,y_}r-1},x_r\}$,所以$A_{j_{r-s}}\supseteq B_{k+1}$是矛盾的。因此没有这样的反链。$\qed美元$

练习1.7

示例1.7.1斯伯纳定理(1.7.6)告诉我们大小为20的$\sbs{6}{3}$是唯一的最大反链$2^{[6]}$. $\sbs{6}{k}$形式的下一个最大反链是$\sbs{6}{2}$和$\sbs}6}{4}$,大小为15。使用查找最大反链尺寸大于15但小于20。(通常,这里的maximum是指不能简单地通过添加元素来扩大反链。所以您不能简单地使用$\sbs{6}{3}$的子集。)