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研究斯坦纳三元系和柯克曼三元系的主要任务,是要确定使B[3;1;v]和RB[3;1;v]存在的所有的v,并要了解那些存在解的种种性质。“柯克曼女生问题”就是RB[3;1;15],已经知道它的解是存在的。孙泽瀛在书中给出了两组答案。
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答案一(用0-14编号来表示15位女生)
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周日 014;21314;3511;6710;89 12周一 028;17 14;31012;41113;5 6 9周二 0314;18 10;2911;4612;57 13周三 079;11213;26 3;458;101114周四 0510;16 11;2712;3813;4914周五 06 13;13 9;2410;51214;7 8 11周六 01112;12 5;347;684;9 1013
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答案二
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周日 014;29 11;31012;5713;68 14周一 028;112 13;347;569;10 11 14周二 0314;12 5;4612;7811;91013周三 0510;16 11;2712;3813;4 9 14周四 0613;17 14;2410;3511;8912周五 079;18 10;236;41113;51214周六 01112;213 14;458;13 9;6 7 10
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斯坦纳三元系存在的充要条件已经得到,那就是
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v>1且v≡1,3 mod 6。
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但是柯克曼三元系存在的充要条件当时尚未完全确定。孙泽瀛最后指出:如何由斯坦纳系划分为几个柯克曼系,这又是一个很难解决的问题,至今尚未有肯定的答案。
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3.陆家羲的功绩
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孙泽瀛可能从未想到,他写的《数学方法趣引》这本薄薄的书,会让一位普通的中国青年跳入深深的数学之河。在以后的20多年里,这位青年在艰苦的环境中孤军奋战,竟然独立解决了一连串斯坦纳系和柯克曼系的难题,震动了中外数学界。这位令人肃然起敬的中国数学家就是陆家羲。
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陆家羲1935年6月10日出生于上海一个贫苦的市民家庭。父亲以贩卖酱油精为生,以微薄的收入供儿子读书。14岁读初中时,父亲不幸病逝,他只好辍学,到一个汽车五金行做学徒工。1951年考入东北电器工业管理局统计训练班,3个月后分配到哈尔滨电机厂生产科任统计。业余时间补习高中课程。
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1957年,陆家羲考入东北师范大学物理系。就在这一年,他看到了《数学方法趣引》这本书,被其中的“柯克曼女生问题”深深吸引,开始下决心要研究它。
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1961年大学毕业后,陆家羲先后在内蒙古包头钢铁学院、包头市教育局教研室工作,接着又到包头几个中学任教,最后留在包头九中任物理老师。在以优异的成绩完成本职工作之余,他花费了大量的时间、精力和金钱来从事自己的研究。他利用假期坐火车去北京,在北京图书馆查阅最新的中外组合数学专著和期刊。为了节省钱,甚至晚上就和衣睡在北京火车站的广场上。
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就在1961年,陆家羲已证明了RB[3;1;v](柯克曼三元系)存在的充要条件是v≡3 mod 6,并证明了RB[4;1;v](柯克曼四元系)存在的充要条件是v≡4 mod 12。他把写好的论文几度投给了国内的一些数学期刊。遗憾的是,当时国内并没有多少人了解组合数学。他的投稿均遭退回(可惜审稿人中没有孙泽瀛,否则情况可能会完全不同)。
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10年以后,1972年,柯克曼三元系和四元系存在的充要条件先后被外国数学家证明。陆家羲失去了本应属于他的荣誉。
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1979年,陆家羲又证明了一般柯克曼系RB[k;λ;v]存在的充要条件是
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v≡0 mod k,且λ(v-1)≡0 mod (k-1)。
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这一结果终于被发表在1984年第4期的《数学学报》上。仅凭此项成果就足以使他厕身一流组合数学家之中。但是,陆家羲很快取得了另一项真正令国际组合数学界感到震惊的成就:他解决了一个已有130多年历史的关于斯坦纳三元系的区组设计难题!
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如前所述,如果一个斯坦纳三元系B[3;1;v]存在解,那它可能有好几个解,即存在不同的区组族,它们都满足给定的条件。这时,如果这些区组族彼此之间不存在共同的区组,就称它们是不相交的。简单的计算告诉我们,B[3;1;v]最多只可能有v-2个不相交的区组族。如果它们真的达到了v-2个,就称这些区组族是B[3;1;v]的大集。由此产生了组合数学中的一个著名的问题:对于怎样的v,B[3;1;v]的大集才能存在?该问题早在19世纪50年代就已提出,但直到20世纪80年代,人们只得到了零星的结果。
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1983至1984年,国际著名的《组合论杂志》(Journal of Combinatorics Theory)罕见地在两期中连续发表了陆家羲的6篇论文。这6篇论文的总题目是“论不相交斯坦纳三元系的大集”(On Large Sets of Disjoint Steiner Triple Systems,Ⅰ-ⅤⅠ),其中证明了这样的一个定理:如果
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v≡1,3 mod 6,v>7且v∉{141,283,501,789,1501,2365},
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那么斯坦纳三元系B[3;1;v]的大集就存在。
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陆家羲在论文中巧妙地建立了一些基于素数因子的递归关系,并精心设计了一个等价的正交拉丁方系,最后终于基本解决了这个已有130多年历史的斯坦纳三元系大集问题。
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4.新星陨落
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一名普通的中学物理教师竟然解决了组合数学中的百年难题,陆家羲在中国数学界引起了轰动。于是,人们开始破格邀请他参加各种学术会议,并请他做大会报告,国内几所大学也打算要聘任他。一切已开始变得美好,他终于有可能在一个良好的环境中自由地从事真正喜爱的研究工作,从而能够取得更多更好的学术成就。然而就在这时,不幸的事发生了。1983年10月31日,他从武汉开会结束,途经北京,连夜搭硬座车回包头,积劳成疾的陆家羲因心脏病突然去世。就像一颗新星,突然在夜空闪耀之后,又遽然而逝,令人不胜惋惜。他付出的太多,而我们给予他的支持太少了。
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