\input /peter/univ/_macros \maxmeret \nopagenumbers \centerline{[1]} \bigskip\bigskip Most olyan halmazrendszereket vizsg\'alunk, amelyben nincs k\'et olyan halmaz, amelyek egyike tartalmazza a m\'asikat. A k\"ovetkez\H{o} t\'etel szerz\H{o}je ut\'an az ilyen rendszereket Sperner-rendszernek nevezik. \definicio $\cal H$ egy {\it Sperner-rendszer}, ha $I\not=J\in{\cal H}$ eset\'en $I\not\subseteq J$. \qedd \megjegyzes %(Megjegyezz\"uk, hogy erre a fogalomra az irodalomban %t\"obb elnevez\'es is ismert.) Ha az alaphalmazunk (univerzumunk) r\'eszhalmazait a tartalmaz\'as rel\'aci\'oval egy parci\'alis rendezett halmaznak tekintj\"uk, akkor a Sperner-rendszerek fogalma az antil\'anc fogalm\'aval esik egybe. \pelda Legyen $E={U\choose k}$. A kapott halmazrendszer egy Sperner-rendszer. Ez a p\'elda azt mutatja, hogy ha $|U|=n$, akkor l\'etezik ${n\choose \lfloor {n\over 2}\rfloor}$ elem\H{u} Sperner-rendszer. A k\"ovetkez\H{o} t\'etel azt mondja, hogy a fenti p\'elda optim\'alis. A t\'etel a $(2^U,\subseteq)$ r\'eszbenrendezett halmaz nyelvezet\'et haszn\'alja. \'Erdemes a bizony\'{\i}t\'as el\H{o}tt n\'eh\'any fogalmat defini\'alni. \definicio Legyen ${\bf P}=(P,\leq)$ egy r\'eszbenrendezett halmaz. $L\subseteq P$ egy l\'anc, ha $L$ b\'armely k\'et eleme \"osszehasonl\'{\i}that\'o. \ujsor A $(2^U,\subseteq)$ r\'eszbenrendezett halmazban egy $L$ l\'anc {\it intervallum l\'anc}, ha $L$ elemeinek elemsz\'amai valamely $i\leq j$-re az $\set{i,i+1,\ldots,j-1,j}$ halmazt adj\'ak. \ujsor A $(2^U,\subseteq)$ r\'eszbenrendezett halmazban egy $L$ l\'anc {\it szimmetrikus l\'anc}, ha $L$ elemeinek elemsz\'amai valamely $i$-re az $\set{i,i+1,\ldots,n-i-1,n-i}$ halmazt adj\'ak. \qedd Ezek ut\'an l\'assuk a Sperner-rendszerekre vonatkoz\'o alapt\'etelt. \tetel {\rm (Sperner t\'etele)} Legyen $\cal H$ egy Sperner-rendszer egy $n$-elem\H{u} halmaz felett. Ekkor $$|{\cal H}|\leq {n\choose \lfloor {n\over 2}\rfloor}.$$ \bizonyitas Bel\'atjuk, hogy a $(2^U,\subseteq)$ r\'eszbenrendezett halmaz felbonthat\'o diszjunkt, szimmetrikus l\'ancok uni\'oj\'ara. Ebb\H{o}l a t\'etel \'all\'{\i}t\'asa ad\'odik, hiszen a szimmetrikus l\'ancok mindegyike tartalmaz pontosan egy $\lfloor n/2\rfloor$ elem\H{u} halmazt, azaz a fenti partici\'ohoz pontosan ${n\choose \lfloor n/2\rfloor}$ sok szimmetrikus l\'anc sz\"uks\'eges. Tetsz\H{o}leges Sperner-rendszer, defin\'{\i}ci\'oj\'an\'al fogva, mindegyik l\'ancb\'ol legfeljebb egy halmazt tartalmaz. \'Igy val\'oban ad\'odik a Sperner-rendszer sz\'amoss\'ag\'ara vonatkoz\'o becsl\'es. A diszjunkt szimmetrikus l\'ancokra val\'o felbont\'as l\'etez\'es\'et az alaphalmaz m\'eret\'ere, $|U|$-ra vonatkoz\'o indukci\'oval igazoljuk. A $|U|=1,2,3$ esetet k\"onny\H{u} ellen\H{o}rizni. Az indukci\'os l\'ep\'eshez tegy\"uk fel, hogy $U-\set{x}$ ($|U-\set{x}|=n-1$) r\'eszhalmazait szimmetrikus l\'ancokba particion\'altuk. Legyenek a l\'ancaink $C_1,\ldots, C_k$. Legyen ${\cal C}_i=\set{H_{j_i}^{(i)}\subseteq\ldots\subseteq H_{n-1-j_i}^{(i)}}$ az $i$-edik l\'anc, ahol $|H_\alpha|=\alpha$. Ekkor $$\tilde {\cal C}_i=\set{H_{j_i}^{(i)}\subseteq H_{j_i}^{(i)}\cup\set{x} \subseteq H_{j_i+1}^{(i)}\cup\set{x}\subseteq\ldots\subseteq H_{n-1-j_i}^{(i)}\cup\set{x}}$$ \'es $$\hat {\cal C}_i=\set{H_{j_i+1}\subseteq H_{j_1+2}\subseteq\ldots\subseteq H_{n-1-j_i}}$$ k\'et l\'anc. $\hat {\cal C}_i$ lehet \"ures is. \'Igy a rekurzi\'o \'altal kapott nem \"ures l\'ancok sz\'ama nem felt\'etelen\"ul k\'etszerese az el\H{o}z\H{o} l\'anchalmaz elemsz\'am\'anak. K\"onny\H{u} ellen\H{o}rizni, hogy a $\tilde {\cal C}_i,\hat {\cal C}_i$ ($i=1,\ldots, k$) l\'ancok az $U$ halmaz r\'eszhalmazainak szimmetrikus l\'ancokba val\'o partici\'oja. \qed \kovetkezmeny $$\ext\left(n;\set{\set{H,I}:H\subseteq I}\right)={n\choose \left\lfloor {n\over 2}\right\rfloor}.\qedf$$ Egy enn\'el j\'oval elemibb k\"ovetkezm\'enyt is megeml\'{\i}t\"unk. A szimmetrikus l\'ancokba t\"ort\'en\H{o} part\'{\i}ci\'o l\'etez\'es\'eb\H{o}l kiolvashat\'o a k\"ovetkez\H{o} j\'ol ismert egyenl\H{o}tlens\'egsorozat. \kovetkezmeny $${n\choose 0}\leq{n\choose 1}\leq\ldots\leq{n\choose\big\lfloor{n\over2} \big\rfloor}={n\choose\big\lceil{n\over2} \big\rceil}\geq\ldots\geq{n\choose n-1}\geq{n\choose n}.\qedlf$$ \vfill\eject \centerline{[2]} A k\"ovetkez\H{o}ben a Sperner t\'etel egy \'altal\'anos\'{\i}t\'as\'at k\"oz\"olj\"uk. A t\'etel D. Lubell, K. Yamamoto \'es L.D. Meshalkin-t\'ol ered. A szerz\H{o}k neveinek kezd\H{o}bet\H{u}i ut\'an LYM egyenl\H{o}tlens\'egnek nevezz\"uk. \tetel {\rm (LYM egyenl\H{o}tlens\'eg)} Ha $\cal H$ egy Sperner-rendszer $U$ felett, akkor $$\sum_{H\in{\cal H}}{1\over{|U|\choose |H|}}\leq 1.$$ \bizonyitas Ha a $U$ alaphalmaz elemeit sorbarendezz\"uk, akkor besz\'elhet\"unk arr\'ol, hogy egy $H\subseteq U$ halmaz kezd\H{o}szelet-e. A tov\'abbiakban a $U$ alaphalmaz \"osszes sorbarendez\'es\'et vessz\"uk \'es megsz\'amoljuk, hogy a sorba\'all\'{\i}t\'asok mindegyik\'et figyelembe v\'eve a $\cal H$ Sperner-rendszernek h\'anyszor lesz kezd\H{o}szelet eleme. Azaz a $(\pi,H)$ p\'arokat sz\'amoljuk meg, ahol $\pi$ a $U$ halmaz sorba\'all\'{\i}t\'asa \'es $H\in{\cal H}$ egy halmaz, amely $\pi$ eset\'en kezd\H{o}szeletet alkot. A p\'arokat k\'etf\'elek\'eppen sz\'amoljuk meg. Az els\H{o} esetben $\pi$ szerint csoportos\'{\i}tjuk a p\'arokat. Vegy\"uk \'eszre, hogy egy r\"ogz\'{\i}tett $\pi$ eset\'en legfeljebb egy halmaz lesz kezd\H{o}szelet, hiszen $\cal H$ Sperner-rendszer. Azaz a p\'arok sz\'ama legfelejebb $n!$. A m\'asodik esetben a $H$ halmaz szerint csoportos\'{\i}tunk. K\"onny\H{u} ellen\H{o}rizni, hogy egy adott $H$ halmaz eset\'en $|H|!|U-H|!$ sok $\pi$ sorba\'all\'{\i}t\'as eset\'en lesz $H$ kezd\H{o}szelet. Azaz a k\'erd\'eses p\'arok sz\'ama $\sum_{H\in{\cal H}}|H|!|U-H|!$. \'Igy $$\sum_{H\in {\cal H}} |H|!(|U-H|)!\leq n!.$$ Rendez\'es ut\'an ad\'odik a bizony\'{\i}tand\'o. \qed \megjegyzes A LYM egyenl\H{o}tlens\'eg bizony\'{\i}t\'as\'aban felhaszn\'alt \"otlet gyakran haszn\'alhat\'o. Emiatt k\"ul\"on n\'evvel is szokt\'ak eml\'{\i}teni, {\it permut\'aci\'os technik\'anak} nevezik. A LYM egyenl\H{o}tlens\'egb\H{o}l k\"onny\H{u} levezetni a Sperner t\'etelt: Legyen $\cal S$ egy $n$ elem\H{u} halmaz feletti Sperner rendszer. $$1\geq\sum_{S\in {\cal S}}{1\over{n\choose |S|}}\geq \sum_{S\in {\cal S}}{1\over{n\choose \left\lfloor{n\over2}\right\rfloor}}= {|{\cal S}|\over{n\choose \left\lfloor{n\over2}\right\rfloor}}.$$ Azaz $|{\cal S}|\leq{n\choose \left\lfloor{n\over2}\right\rfloor}.$ \vfill\eject \centerline{[3]} Ebben a fejezetben a k\'et diszjunkt halmazt z\'arjuk ki halmazrendszer\"unkb\H{o}l. \tetel Legyen $k,n$ k\'et pozit\'{\i}v eg\'esz sz\'am, amelyre $k\leq {n\over 2}$ . Legyen $\cal H$ egy $k$-uniform halmazrendszer egy $n$-elem\H{u} halmazon, amelyben b\'armely k\'et halmaz metszi egym\'ast. Ekkor $$|{\cal H}|\leq {n-1\choose k-1}.$$ \bizonyitas R\"ogz\'{\i}ts\"unk egy $\hat U=\set{P_0,\ldots,P_{n-1}}\subseteq {\cal K}$ halmazt, ahol $\cal K$ egy k\"or \'es a $P_i$ pontok indexei a k\"or\"onval\'o sorrendet t\"ukr\"ozik. Az indexekkel $\mod n$ aritmetika szerint sz\'amolunk. Legyen $\phi:U\->\hat U$ egy bijekci\'o. $H\in 2^U$ eset\'en term\'eszetesen \'ertelmezhet\H{o} $\phi(H)\subseteq\hat U$. $\hat H\subseteq \hat U$ egy {\it \'{\i}v}, ha valamely $i$ term\'eszetes \'es $j$ pozit\'{\i}v eg\'esz sz\'amokra $\hat H=\set{P_i,\ldots,P_{i+j-1}}$. $j$ az {\it \'{\i}v hossza}. Legyen ${\cal H}\subseteq 2^U$ a t\'etel \'al\'{\i}t\'as\'aban szerepl\H{o} halmazrendszer. Sz\'amoljuk meg az \"osszes olyan $(\phi,H)$ p\'art, ahol $\phi:U\->\hat U$ bijekci\'o, $H\in{\cal H}$ \'es $\phi H$ egy \'{\i}v. Az ilyen p\'arok sz\'ama legyen $X$. I) A p\'arokat $H\in{\cal H}$ szerint sz\'amoljuk le. Egy adott $H$ eset\'en a megfelel\H{o} $\phi$-k sz\'am\'at k\"onnyen meghat\'arozhatjuk: $\phi H$ k\'epe egy $k$ hossz\'u \'{\i}v. Ezt $n$-f\'elek\'eppen v\'alaszthatjuk ki. A v\'alaszt\'as ut\'an $H$ k\'epe $|H|!=k!$ lehet. A marad\'ek elemek k\'epeit $(n-|H|)!=(n-k)!$-f\'elek\'eppen v\'alaszthatjuk. Ez alapj\'an $X=\sum_{H\in {\cal H}}n|H|!(n-|H|)!=|{\cal H}|nk!(n-k)!$. II) A p\'arokat $\phi$ szerint sz\'amoljuk le. Egy adott $\phi$ eset\'en h\'any $H\in{\cal H}$ halmaz k\'epe \'{\i}v? Erre becsl\'est adunk. Becsl\'es\"unk arra alapul, hogy a megsz\'amoland\'o $H$-k k\'epe p\'aronk\'ent metsz\H{o} $k$ hossz\'u \'{\i}vek. A ``p\'aronk\'enti metsz\'es'' tulajdons\'ag hat\'art szab az \'{\i}vek sz'am\'anak. \be \lemma Legyen $k\leq{n\over 2}$. Legyen ${\cal I}\subseteq 2^{\hat U}$ $k$ hossz\'u \'{\i}vek egy halmaza, amelyn\'el b\'armely k\'et \'{\i}v metszi egym\'ast. Ekkor $|{\cal I}|\leq k$ \bizonyitas Azt mondjuk, hogy az $I$ \'{\i}v elv\'alasztja a $Q$ \'es $R$ pontot, ha $Q\in I$ \'es $R\not\in I$ vagy $Q\not\in I$ \'es $R\in I$. K\"onnyen ellen\H{o}rizhet\H{o}, hogy $P_i$ \'es $P_{i+1}$-t pontosan 2 darab $k$ hossz\'u \'{\i}v v\'alasztja el $2^{\hat U}$-ben. $k\leq{n\over 2}$ eset\'en ez a k\'et \'{\i}v nem metszi egym\'ast. Teh\'at a lemm\'aban szerepl\H{o} $\cal I$ halmazrendszerb\H{o}l tetsz\H{o}leges szomsz\'edos pontp\'arhoz legfeljebb egy halmaz v\'alaszthatja el \H{o}ket. Legyen $I\in{\cal I}=\set{P_i,P_{i+1},\ldots,P_{i+k-1}}$. Ekkor egy ${\cal I}-\set{I}$ tetsz\H{o}leges \'{\i}ve metszi $I$-t \'es \'{\i}gy a $(P_i,P_{i+1}),(P_{i+1},P_{i+2}),\ldots,(P_{i+k-2},P_{i+k-1})$ p\'arok ($k-1$ darab p\'ar) valamelyik\'et elv\'alasztja. Ez alapj\'an ${\cal I}-\set{I}$-nek legfeljebb $k-1$ eleme lehet. Ebb\H{o}l a lemma \'all\'{\i}t\'asa ad\'odik. \qedl \ki A lemma alapj\'an $X\leq kn!$. Az I \'es II pontokat \"osszefoglalva: $|{\cal H}|nk!(n-k)!\leq kn!$. Rendez\'es ut\'an kapjuk a bizony\'{\i}tand\'ot. \qed Egy $n$ elem\H{u} $U$ halmaz egy adott $u$ pontj\'at tartalmaz\'o \"osszes $k$-elem\H{u} r\'eszhalmaz mutatja, hogy a becsl\'es \'eles. Az $k={n\over 2}$ esetben tov\'abbi extrem\'alis halmazrendszerek is adhat\'ok: Ekkor az $U\choose k$ elemei p\'arba \'all\'{\i}that\'ok \'ugy, hogy minden p\'arba egy halmaz \'es annak $U$-ra vonatkoz\'o komplementere legyen. Ekkor minden p\'arb\'ol egy elemet v\'alasztva egy extrem\'alis halmazrendszert kapunk. \vfill\eject \centerline{[4]} A k\"ovetkez\H{o}kben egy bonyolultabb kiz\'art strukt\'ur\'at n\'ez\"unk. \definicio Egy {\it $s$ szirm\'u napraforg\'o} egy ${\cal H}=\{H_1,H_2,\ldots, H_s\}$ halmazrendszer, amelyre minden $i\not=j$ eset\'en, $H_i\cap H_j=\cap_{k=1}^s H_k$. A halmazok k\"oz\"os metszet\'et a napraforg\'o {\it t\'any\'erj\'anak} nevezz\"uk. \qedd \megjegyzes A napraforg\'o elnevez\'es helyett gyakran haszn\'alj\'ak a $\Delta$-rendszer elnevez\'est is. \tetel (Erd\H{o}s-Rado, 1960) Legyen $\cal H$ egy $k$-uniform halmazrendszer, amely nem tartalmaz $s$ szirm\'u napraforg\'ot. Ekkor $$|{\cal H}|\leq k!(s-1)^k.$$ \biz $k$-ra vonatkoz\'o teljes indukci\'ot v\'egz\"unk. A $k=1$ eset nyilv\'anval\'o. Tegy\"uk fel, hogy $k\geq 2$ \'es legyen $\cal H$ egy $k!(s-1)^k$ elelm\H{u} $k$-uniform halmazrendszer. Bel\'atjuk, hogy $\cal H$ tartalmaz $s$ szirm\'u napraforg\'ot. Legyen $\set{H_1,H_2,\ldots, H_t}$ $\cal H$-beli halmazok maxim\'alis p\'aronk\'ent diszjunkt rendszere. Ha $t\geq s$, akkor a $H_i$-k egy napraforg\'ot alkotnak legal\'abb $s$ szirommal. Ha $tv_0(k,\lambda)$ \'es az oszthat\'os\'agi felt\'etelek teljes\"ulnek $(v,k,\lambda)$ h\'armasra, akkor l\'etezik blokkrendszer a fenti param\'eterekkel. \end