Projekt: Kleine Ramsey-Zahlen


Beispiel

Definition: Kn bezeichnet den vollständigen Graphen mit n Knoten.

Es gibt eine Rot-Blau-Kantenfärbung des K5, die kein einfarbiges Dreieck enthält: Wir färben die Kanten 1-2, 2-3, 3-4, 4-5, 1-5 rot und die fünf anderen blau. Andererseits enthält jede Rot-Blau-Färbung des K6 ein einfarbiges Dreieck.


Definition

Die Ramsey-Zahl R(x1, x2, ... xn) ist das kleinste m mit der Eigenschaft: jede Kantenfärbung des Km in n Farben enthält einen Kx1 der Farbe 1 oder einen Kx2 der Farbe 2 oder ... oder einen Kxn der Farbe n.

Das obige Beispiel zeigt R(3,3) = 6.

Wir müssen noch zeigen, daß überhaupt immer solche m existieren. Geht aber, indem wir (sehr grobe) obere Schranken angeben.


Schranken

Man kann leicht beweisen: R(2,b) = R(b,2) = b und R(a+1,b+1) <= R(a,b+1) + R(a+1,b). Daraus folgt z. b. R(3,3) <= R(2,3) + R(3,2) = 3+3 = 6.

Das läßt sich ein bißchen verschärfen: Wenn R(a,b+1) und R(a+1,b) beide gerade sind, dann R(a+1,b+1) <= R(a,b+1) + R(a+1,b) - 1. Beispiel: R(3,4) <= R(2,4) + R(3,3) - 1 = 4 + 6 - 1 = 9.

Diese Schranke reicht zum Beweis des Satzes, daß die Ramsey-Zahlen existieren, aber sie ist nur für ein paar kleine Werte wirklich scharf.

Beispiel: 14 = R(3,5) = R(2,5) + R(3,4) = 5 + 9, aber 18 = R(3,6) < R(2,6) + R(3,5) = 6 + 14.


Helfen Computer?

Für eine Aussage m < R(a,b) <= M ist jeweils zu beweisen: Der erste Teil ist einfach: wenn man die Färbung einmal hat, braucht man sie bloß noch zu verifizieren. Der zweite Teil ist schwer: es ist eine Aussage über alle Färbungen.

Es bestehen gewisse Chancen, untere Schranken für kleine Ramsey-Zahlen experimentell zu finden, indem man mit Rechnern Färbungen sucht. Aber Vorsicht: blind alle durchzuprobieren verbietet sich. Das sind ganz schön viele, auch das Suchen nach den einfarbigen Cliquen dauert seine Zeit.

Man kann sich aber Tricks ausdenken, die das beschleunigen. Die bisher gefundenen Färbungen stammen daher, daß man von vornherein nur Färbungen mit bestimmten Symmetrien untersucht.


Was ist bereits bekannt?

Der Artikel Small Ramsey Numbers von S. P. Radziszowski stellt den derzeitigen Wissensstand kompakt dar. Die kleinsten unbekannten Ramsey-Zahlen sind Können Sie das verbessern?

Den Schwierigkeitsgrad schätze ich so: eine bessere untere Schranke = Jahresarbeit oder ähnlich, eine bessere obere = Diplom.


best viewed with any browser


http://www.informatik.uni-leipzig.de/~joe/ mailto:joe@informatik.uni-leipzig.de