Alternatywne dowody lematu Schwartza – Zippela

28

Znam tylko dwa dowody lematu Schwartza – Zippela. Pierwszy (bardziej powszechny) dowód został opisany we wpisie na Wikipedii . Drugi dowód odkryła Dana Moshkovitz.

Czy są jakieś inne dowody, które wykorzystują zasadniczo różne pomysły?

Dai Le
źródło
2
Czy możesz powiedzieć coś o swojej motywacji? Szukasz uogólnień w różnych kierunkach? Może wgląd geometryczny?
Per Vognsen
Naprawdę nie mam żadnej szczególnej motywacji. Będę bardzo zaskoczony, że są to jedyne dwa możliwe sposoby udowodnienia tego ważnego lematu!
Dai Le
Chociaż zgadzam się, że ten lemat jest ważny, ważne lematy niekoniecznie mają wiele różnych znanych dowodów. Dlatego twój powód wydaje mi się trochę dziwny.
Tsuyoshi Ito
1
@Tsuyushi Ito: Zgadzam się z twoim komentarzem, że ważne lematy mogą nie mieć wielu znanych dowodów. Ale myślę, że sensowne jest pytanie, czy tak też jest w przypadku SZ Lemmy. Ponieważ SZ ma fundamentalne znaczenie, prawdopodobnie zostało odkryte niezależnie przez wiele osób z różnych kontekstów. Zatem nauka różnych dowodów jest czasem całkiem pouczająca dla IMHO. Jeszcze raz dziękuję za świetne komentarze od wszystkich!
Dai Le

Odpowiedzi:

16

Oto kolejny pomysł na geometryczny dowód. Wykorzystuje geometrię rzutową w istotny sposób.

Niech być afinicznej punktu na zewnątrz hiperpowierzchni S . Rzutuj powierzchnię nadprzestrzenną na hiperpłaszczyznę w nieskończoności, używając c jako środka; to znaczy odwzoruj co x S na p ( x ) , przecięcie unikalnej linii przez c i x z hiperpłaszczyzną w nieskończoności. W preimages pod P punktu w nieskończoności wszystkie leżą w jednej linii, a w związku z tym (ponownie zmniejszenie problemu do wymiaru 1) jest najbardziej d z nich. Hiperpłaszczyzna w nieskończoności ma liczność | F m -cFmScxSp(x)cxpd, więc otrzymujemy znajomą górną granicę | S | d | F m - 1 | .|Fm1||S|d |Fm1|

Per Vognsen
źródło
Piękny! Aby podkreślić kluczowy punkt, linia nie jest zawarta w powierzchni nadprzestrzennej, ponieważ przechodzi przez punkt c, który znajduje się poza powierzchnią.
arnab
1
@arnab: Rzeczywiście, już ładnie napisałeś o tym we własnym poście.
Per Vognsen
1
@arnab: BTW, mam nadzieję, że jest jasne, że nie twierdzę, że ten pomysł jest naprawdę „nowy”. Wszystkie te dowody mają podobny zapach. Tego prawdopodobnie należy się spodziewać.
Per Vognsen
2
@Per: Tak, ale z jakiegoś powodu bardziej podoba mi się twoja wersja argumentu niż Moshkovitza, ponieważ wydaje się ona bardziej geometryczna i nie musisz myśleć o wiodących monomialach. Ale zgadzam się, podstawowa idea jest prawie taka sama.
arnab
@Per: Twój wkład był już wspaniały. Tak, nie są naprawdę nowe, ale bardzo podoba mi się twoja interpretacja. To jak dawanie nowych interpretacji klasycznego utworu muzycznego. :-)
Dai Le
18

Jako odpowiedź na odpowiedź Per Vognsena, dowód Dany Moshkovitz już sugeruje bardzo łatwy dowód tylko dla nieco słabszej wersji Schwartz-Zippel Lemma, który moim zdaniem wystarczy do większości zastosowań.

f:FnFdFqxFnf(x)0(qn1)/(q1)xFn{x}fd xdfd(qn1)/(q1)dqn1

Biorąc pod uwagę łatwość tego dowodu, jestem pewien, że jest to folklor; jeśli nie, powinno być :) Byłbym wdzięczny, gdyby ktoś mógł podać referencje.

arnab
źródło
3
Bardzo dobrze! Czy wiesz, że robi dokładnie to samo, tylko z punktem projekcyjnym w nieskończoności, a nie w punkcie afinicznym? Dodałem akapit do mojej pierwotnej odpowiedzi, aby bardziej wyjaśnić związek.
Per Vognsen,
1
Ach, to świetna interpretacja! Dzięki!
arnab 30.09.10
14

Dowód Moshkovitza opiera się na prostej geometrii, ale papier nie jest zbyt jasny. Oto pomysł:

dmFmFmFm1Fmd |F|m1

Sugeruje to, że inne dowody o podobnych cechach mogłyby działać.

w=0

Edycja: Zobacz moją drugą odpowiedź, aby uzyskać nowy (ale nie całkowicie niezwiązany) dowód.

na Vognsen
źródło
6

Próba 1:

Czy spojrzałeś na Lemmę A.36 (strona 529) książki Arora / Barak ? To prawie połowa strony i opiera się na indukcji.

Jeśli nie masz dostępu do książki, mogę przeprowadzić dowód tutaj.


Próba 2:

A co z Ciekawą historią Schwartz-Zippel Lemma ? Między innymi powołuje się na artykuł DeMillo-Liptona z 1977 r. Wymieniono także i porównano kilka innych artykułów.


Próba 3:

Interesujący może być również następujący temat MathOverflow: Algorytm P / poli do testowania tożsamości wielomianowej .

MS Dousti
źródło
Tak. Ale ten dowód jest zasadniczo taki sam jak ten z wikipedii.
Dai Le
4

Lemma Schwartza-Zippla jest szczególnym przypadkiem twierdzenia Nogi Alona i Zoltana Fürediego, jak pokazano w rozdziale 4 tego artykułu: O zerach wielomianu w skończonej siatce , a zatem każdy nowy dowód tego twierdzenia daje nowy dowód Schwartza -Zippel. Na razie znam sześć różnych dowodów, z których dwa pojawiają się w artykule, a inne są tam wymienione.

Twierdzenie Alona-Furediego mówi, co następuje:

FA=i=1nAiFnfF[t_]=F[t1,,tn]Af(x)0minyixA, gdzie minimum jest przejmowane przez wszystkie liczby całkowite dodatnie z .yi#Aii=1nyi=i=1n#Aidegf

W tym przypadku, jeśli przyjmiesz i minimum (co można łatwo zrobić za pomocą rzeczy Balls in Bins wspomnianych w artykule), wtedy otrzymasz pole Schwartza-Zippla nad polem (lub domena).degf<min#Ai

Anurag
źródło
Czy możesz przyjrzeć się lemacie 2.2 w web.stanford.edu/~rrwill/graph-cr.pdf ? To właśnie Ryan Williams rozumie przez swój komentarz pod moją odpowiedzią i od tego czasu jest na mojej liście zadań do wykonania, aby sprawdzić, czy można go uogólnić na pierścienie przemienne. Wydaje mi się, że jesteś teraz o wiele głębszy niż ja, więc dlaczego nie spróbujesz?
Thomas Klimpel
@ThomasKlimpel: Zmodyfikuję odpowiedź. Napisałem to, kiedy zacząłem używać teorii wymiany stosów CS. I tak, Lemma 2.2 działa na dowolnych pierścieniach komutacyjnych, ponieważ {0,1} ^ n zawsze spełnia warunek (D).
Anurag
Mówi się, że podzbiór dowolnego pierścienia komutatywnego spełnia Warunek (D), jeżeli dla wszystkich , nie jest dzielnikiem zerowym. Mówi się, że „siatka” spełnia ten warunek, jeśli wszystkie je spełniają. Schwartz-Zippel i inne powiązane wyniki działają w ramach tych uogólnień, jak pokazano w artykule. SRxySxyA1××AnRnAi
Anurag
3

Pierwotne sformułowanie lematu Schwartza – Zippla dotyczy tylko pól:

Lemma (Schwartz, Zippel).
Niech być niezerowy wielomianem stopnia całkowitego na polu, . Niech być ograniczony podzbiór i pozwolić wybierane losowo i niezależnie od równomiernie . Następnie PF[x1,x2,,xn]d0FSFr1,r2,,rnS
Pr[P(r1,r2,,rn)=0]d|S|.

Można przeformułować lemat tak, aby miał on sens dla dowolnych pierścieni komutacyjnych:

Lemma (Jeřábek).
Niech być niezerowy wielomianem stopnia całkowitego nad przemiennej pierścieniu . Niech będzie skończonym podzbiorem z i niech wybierane losowo i niezależnie od równomiernie . Następnie PR[x1,x2,,xn]d0RSRs,tS:((uR:(u0su=tu))s=t) S Pr [ P ( r 1 , r 2 , , r n ) = 0 ] dr1,r2,,rnS
Pr[P(r1,r2,,rn)=0]d|S|.

Zaletą dowodu z wikipedii jest to, że uogólnia on, aby wykazać, że przeformułowanie jest prawdziwe w przypadku dowolnych pierścieni komutacyjnych, co zostało zauważone i opracowane tutaj przez Emila Jeřábka .

Daje to alternatywny dowód na lemat Schwartza-Zippela, dowodząc przeformułowania ogólnych pierścieni komutacyjnych i uzyskując normalne sformułowanie pól jako następstwo.

Thomas Klimpel
źródło
Wielomiany są wolną algebrą dla pierścieni komutacyjnych, tj. Algebrą swobodną generowaną przez dodawanie, odwrotności addytywne, mnożenie i stałe względem aksjomatów pierścieni komutacyjnych. Początkową nadzieją było znalezienie uogólnienia lematu Schwartza-Zippela dla wolnej algebry, który dodatkowo zawiera (uogólnione) multiplikatywne odwrotności względem aksjomatów komutatywnych pierścieni regularnych . Zobacz także pracę Jana A. Bergstra .
Thomas Klimpel
1
Pojawia się inna wersja tej obserwacji z mniejszą liczbą założeń i słabszym ograniczeniem błędu i jest stosowana w ograniczonej formie (właśnie podana dla ) w pracy z Virginią, Joshem Wangiem i Huachengiem Yu w SODA'15: „Znajdowanie czterech podgraphów węzłów w czas trójkąta "...Zm
Ryan Williams
1
@RyanWilliams Artykuł o zerach wielomianu w skończonej siatce cytowany w ostatniej odpowiedzi Anuraga Bishnoi uogólnia zarówno powyższy lemat, twierdzenie Alona-Furediego, jak i lematę 2.2 z tego artykułu SODA'15 (i dowodzi ostrości granicy) . Od czasu Twojego komentarza znajdowałem się na mojej liście rzeczy do zrobienia, aby znaleźć takie uogólnienie, więc jest to znaczące osiągnięcie z mojego punktu widzenia (więc gratuluję autorom).
Thomas Klimpel