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MIT數學團隊破解過去70年未解決的難題

平面上通過一點的直線,要保證任意兩條直線所成的夾角相等,則直線最多可有幾條呢?

答案是3條直線。它們是正六邊形的通過對稱中心的那3條對角線。(或許有人說,有兩條線所成角是120°吧,它的補角啦)

等角線問題是空間中通過一個點的直線,使任意兩條直線的夾角都相等,則直線的數目最多為多少。

數學助理教授趙宇飛(18年拿過MIT未來科學獎,國內正規媒體報道就是這個名字,我也就不用拼音了)說:"在高維度上,事情開始變得有趣,而且可能的答案似乎是無限。」

但根據趙和麻省理工學院的數學家團隊,它們並不是無限的。他們解決了關於高維空間中等角線數量的幾何問題。這是已經困惑了數學界至少70年的難題。

他們的突破決定了可以放置的線條的最大可能數量,以便這些線條以相同的給定角度成對分開。趙與麻省理工學院的一組研究人員共同撰寫了論文。他們的論文將發表在2022年1月的《數學年鑑》上(ANNALS OF MATHEMATICS數學頂刊)。

他們藉助圖論的工具,使用譜圖理論發展出了全新的思想,為研究網絡結構提供了新的數學工具。譜圖理論孕育了計算機科學中的重要算法,如谷歌用於其搜尋引擎的PageRank算法。

他們的純數學研究或對編碼和通信領域有潛在影響。等角線是"球形編碼"的例子,後者是信息理論中的重要工具,允許不同地址在一個嘈雜的通信渠道上相互發送信息。

最新結果建立在1973年P.W.H. Lemmens和J.J. Seidel一篇論文中提出的定理之上。

普林斯頓大學數學教授Noga Alon說:"這是一個美麗的結果,為極值幾何學中精心研究的問題提供了一個令人驚訝的犀利答案,這個問題從60年代開始就受到了相當多的關注。」

"當時有一些好的想法,但後來人們被卡住了近三十年。"趙說。

這項研究得到了Alfred P. Sloan基金會和國家科學基金會的部分支持。另兩位合作者,姚和張通過數學系的本科生研究暑期項目(SPUR)參與了這項研究,而Tidor是他們的研究生導師。他們的成果為他們贏得了數學系的Hartley Rogers Jr.最佳SPUR論文獎。

"這是SPUR項目最成功的成果之一,"趙說,"不是每天都能有一個長期的開放性問題得到解決。"

這項工作同時為譜圖理論提供了一個新的定理——一個有界的度數圖必須有亞線性的第二特徵值多重性。

"這個證明乾淨而漂亮。我們在一起研究這個問題時倍感快樂。"

責任編輯: 李韻  來源:煎蛋網 轉載請註明作者、出處並保持完整。

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