问题
t-设计 (V,B) 称为可解的,若块族可划分为 «平行类»:每个类是 V 的划分(不交且并集为 V)。原型:柯克曼三元系 KTS(v) = 可解 STS(v),得名于 1850 年 «十五女学生问题»——15 个女生每天三人一组散步,15 周内任意两人恰同组一次、且每天分 5 组铺满全队。问题:t=2 的可解判据已相当完整(KTS 存在 ⟺ v ≡ 3 mod 6;一般可解 BIBD 由 Ray-Chaudhuri–Wilson 与 Keevash 解决渐近);t≥3 的可解判据连渐近都只有部分结果。这是 «柯克曼的十五女儿» 之后一百七十年的推广线。
主要概念
可解性的计数约束
可解 ⟹ 块数 b 是 «每类块数» 的整数倍:每类铺满 V 需 v/k 块,故 (v/k) ∣ b。对 t-(v,k,λ),b = λ·C(v,t)/C(k,t),得额外整除条件 k ∣ λ·C(v−1,t−1)…(把 b/(v/k) = λ·C(v−1,t−1)/C(k−1,t−1) 写成 «每点次数 r»,可解 ⟹ r 是 «类数»,即 r 为整数且每点在每类恰一次——r 整数本来就在整除条件内;真正的附加约束是 «平行类的存在性» 这一全局结构,不可局部化)。对 STS(v):r = (v−1)/2 个平行类、每类 v/3 块 ⟹ 3 ∣ v,与 STS 判据 v ≡ 1,3 mod 6 相加得 v ≡ 3 mod 6。
为什么 t≥3 难
可解性是 «全局分划» 约束:nibble/吸收机器处理 «逐点计数» 很强、处理 «整类铺满» 需要额外的 «类骨架» 结构。t=2 的成功路线(RCW 显式构造+Keevash 的可解吸收)在 t≥3 遇到的具体障碍:吸收器须同时保持 «每类内部互不相交»,重排自由度骤减。
主要命题与证明
命题 1(KTS 判据的必要条件,完整证明) 柯克曼三元系 KTS(v)(可解 STS(v))存在 ⟹ v ≡ 3 (mod 6)。
证明 STS 判据(01 号命题 1)给 v ≡ 1,3 (mod 6)。可解性加约束:每个平行类由互不相交的三元组铺满 v 个点,故 3 ∣ v。v ≡ 1 (mod 6) 与 3 ∣ v 不相容(gcd(3,6)=3 但 1 mod 6 非 3 的倍数),故 v ≡ 3 (mod 6)。□
命题 2(Ray-Chaudhuri–Wilson 定理,1971;陈述) KTS(v) 对每个 v ≡ 3 (mod 6) 存在——«十五女儿问题» 的完全解。证明是显式构造的 «大拼装»:按 v 的模 6、模 12 残差分族,每族给出递归构造(从 KTS(v) 与 KTS(w) 拼 KTS(组合参数))。
梗概 构造的引擎是 «传递设计»:取群 G(循环或仿射群)作用在点集上,用 «基块»(base blocks)的陪集铺平行类;«差族» 技术保证覆盖数恰好为 λ。与 01 号 Bose 构造同一台 «拟群+平移» 机器,但多一层 «类骨架» 的配平。□
命题 3(一般可解 BIBD 的渐近存在;陈述) Ray-Chaudhuri–Wilson 1971 年证明:满足整除条件(含可解的附加整除)且 v 充分大的可解 2-(v,k,λ) 存在;Keevash 2014 的框架覆盖一般可解情形的渐近版。t≥3:只有零星族(如某些可解 SQS,见 17 号)与部分参数窗口有构造,一般判据完全开。
说明 可解性的 «类骨架» 使得 Keevash 的 «残余吸收» 必须在 «类内» 完成——这是当前 t≥3 可解版的核心技术缺口。□
进展与文献
Kirkman 1850 的原始问题;Ray-Chaudhuri–Wilson《Solution of Kirkman's schoolgirl problem》(1971);Lu Jiaxi(陆家羲)关于可解大集合的系列论文(1983–84,与 37 号呼应);Keevash 2014。开放核心:t≥3 可解判据(连 «渐近充分» 的完整证明都没有);可解设计的计数(46 号);«类骨架吸收» 的新机器。