组合几何中的平面有限点集问题

组合几何中的平面有限点集问题

论文摘要

设P为无三点共线的平面有限点集.P的内点是指P中不落在其凸包CH(P)边界上的点.P的全部内点所成的集合记为I(P),V(P)=P\I(P)称为P的顶点集.对任意给定的正整数k≥1,设g(k)为最小整数,使得任何至少含有g(k)个内点的无三点共线的平面有限点集P必包含一个子集Q (?)P,CH(Q)的内部intCH(Q)恰含有P的k个内点.确切地说,2001年Avis等证明了下述结果:g(1)=1,g(2)=4,g(3)≥8;对任意k≥4有g(k)≥k+2;2003年Fevens证明了对任意k≥3有g(k)≥3k-1.对给定的非负整数k,g(k)的存在性或有限性的判定至今仍然是一个未解决的难题.令2004年Bisztriczky等证得,对给定的正整数k,如果g△(k)有限,则g(k)也是有限的.本文获得了g(3)=9这一重要结果,并改进了g(k)的下界,证得对任意k≥3有g(k)≥3k.关于内点的另一重要研究课题是确定其中P为无三点共线的平面有限点集.2000年Avis等证明了h(4)=7.Fevens于2003年证得对任意5≤k≤8有h(k)≥2k+1;对任意k≥8有h(k)≥3k-7.本文证得h(5)=11.按Grunbaum-Shaphard给出的定义,平面铺砌T是由可列个闭集组成的集族T={T1,T2,…},使得T1,T2,…的并覆盖全甲面,且Ti的内部两两不交.这里闭集T1,T2,…称为T的铺砌元.T中任意有限个铺砌元(其中至少有两个互异)的交或为空,或为由孤立点与线段构成的集合.交点称为铺砌的顶点,交线段称为铺砌的边.边对边铺砌是指下述类型的铺砌;每个铺砌元是多边形且任二相邻的铺砌元的交是一条完整的铺砌边.如果铺砌中围绕一顶点的铺砌元按环形循序是n1-边形,n2-边形等等,则称该顶点属[n1.n2.…]型.以正多边形为铺砌元且所有顶点属同一类型的铺砌恰好有11种,这11种铺砌统称为阿基米德铺砌.顶点类型为[n1.n2.…….nr]的阿基米德铺砌称为[n1.n2.…….nr]铺砌.设H为[6.6.6]铺砌的顶点集.[6.6.6]铺砌是由边长为单位长度的正六边形构成的.H中的点称为H-点,顶点落在H中的简单多边形称为H-多边形.Reay与Ding于1987年提出并解决了若干有关H-多边形的计数问题.近年来Kolodziejczyk在相关问题研究中获得了一系列深刻的结果,并就H-多边形P的边界H-点数b(P)与内部H-点数i(P)的关系提出猜想b(P)≤3i(P))+7.2004年Kolodziejczyk证得如下结果:恰含一个内部H-点的H-三角形△的边界H-点数b(△)∈{3,4,5,6,7,8,10}.本文推广Kolodziejczyk的结果,证得恰含k个内部H-点的H-三角形的边界H-点的个数至多为3k+7,并由此提出了两个很有意义的猜想.称平面上的有限点集P为k-等腰集,若对任一k-子集E(?)P,E中存在三个点,其中一点至其他两点的距离相等.1998年Fishburn对k=3,4的情形进行了研究,构造出了所有的3-等腰集,给出了4-等腰集的部分结果,并就4-等腰集提出了6个待解决难题.2002年Xu与Ding对其中的4个问题作出了肯定的回答,给出了完整的结果.本文进一步研究其中的3个问题,获得了部分新结果,构造了无四点共圆无三点共线的4-等腰7-点集,刻画了若干满足某些特殊条件的凸4-等腰7-点集.

论文目录

  • 中文摘要
  • 英文摘要
  • 第一章 引言
  • 1.1 平面有限点集的Erdos-Szekeres问题
  • 1.2 格点与准格点问题
  • 1.3 平面有限点集的距离问题-等腰集问题
  • 第二章 g(k)估值问题
  • 2.1 g-缺陷集的性质
  • 2.2 g(3)=9及其证明
  • 2.3 g(k)≥3k及其证明
  • 第三章 h(k)估值问题
  • 3.1 h-缺陷集的性质
  • 3.2 h(5)=11及其证明
  • 第四章 H-多边形的边界H-点个数问题
  • 4.1 基本事实与相关引理
  • 4.2 H-三角形的边界H-点个数
  • 4.3 两个猜想
  • 第五章 4-等腰集问题
  • 5.1 无四点共圆无三点共线的4-等腰7-点集
  • 7-1的凸4-等腰7-点集'>5.2 包含R7-1的凸4-等腰7-点集
  • 5的凸4-等腰7-点集'>5.3 包含R5的凸4-等腰7-点集
  • 参考文献
  • 索引
  • 攻读博士学位期间取得的科研成果
  • 致谢
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