Ivan Shishkin, Rye (1878)

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Solution by Baked_Baguette · FR

Étape 1 (Lemme).

Appelons antichaîne une partie A\mathcal{A} de P(1,n)\mathcal{P}(\llbracket 1,n \rrbracket) telle que :
A,BA,AB    A=B.\forall A,B \in \mathcal{A}, \quad A \subset B \implies A = B.Un résultat de Sperner indique que le cardinal d’une antichaîne est majoré par (nn/2)\binom{n}{\lfloor n/2 \rfloor}. À cet effet, si σ\sigma est une variable aléatoire de loi uniforme sur le groupe symétrique Sn\mathfrak{S}_{n}, les évènements [σ(1,A)=A][\sigma(\llbracket 1, |A| \rrbracket) = A], AA décrivant A\mathcal{A}, sont d’une part deux à deux disjoints, d’autre part de probabilités respectives 1/(nA)1/\binom{n}{|A|}. Ceci justifie que :
AA1(nA)1.\sum_{A \in \mathcal{A}} \frac{1}{\binom{n}{|A|}} \leqslant 1.À nn fixé, le coefficient binomial (nk)\binom{n}{k} est maximal pour k=n/2k = \lfloor n/2 \rfloor (considérer sa monotonie selon kk), d’où le résultat annoncé.

Étape 2 (Retour à l’exercice).

Si ε{1,1}n\varepsilon \in \{-1,1\}^n, on note AεA_{\varepsilon} l’ensemble des indices i1,ni \in \llbracket 1,n \rrbracket tels que εi=1\varepsilon_{i} = 1. L’application εAε\varepsilon \mapsto A_{\varepsilon} étant injective, il suffit de démontrer que l’ensemble :
A={Aε:ε{1,1}n et i=1nεixi=0}\mathcal{A} = \left\{ A_{\varepsilon} : \varepsilon \in \{-1,1\}^{n} \text{ et } \sum_{i = 1}^{n} \varepsilon_{i} x_{i} = 0 \right\}est une antichaîne (ce fait sera vérifié sous une hypothèse supplémentaire).
Soit donc A=AεA = A_{\varepsilon} et B=AεB = A_{\varepsilon'} dans A\mathcal{A}, vérifiant ABA \subset B. Les hypothèses sur AA et BB permettent de vérifier que :
iBAxi=0.\sum_{i \in B \setminus A} x_{i} = 0.Les xix_{i} étant supposés non-nuls, quitte à multiplier certains d’entre eux par 1-1 (ce qui n’est pas dérangeant ici), on peut les supposer strictement positifs. Ceci entraîne que BAB \setminus A est vide, donc que A=BA = B. Ceci conclut.

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