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设X是一个有限集.X上的一个循环三元组〈x,y,z〉是指由X中的三个有序对(x,y),(y,z)和(z,x)构成的集合.X上的一个可迁三元组(x,y,z)是指由X中的三个有序对(x,y),(y,z)和(x,z)构成的集合.一个v阶的有向三元系是一个对子(X,B),其中X是一个v元集,B是X上一些循环或可迁三元组(称为区组)的集合,并且X中的任意有序对恰好属于B的一个区组.特别地,如果B中的区组都是循环的(或可迁的),则(X,B)叫做Mendelsohn(或可迁)三元系,并记作MTS(v)(或DTS(v)).
设(X,A)是一个MTS(v),如果〈a,b,c〉∈A蕴涵〈c,b,a〉(∈)A,则此设计叫做纯的,并记作PMTS(v).类似地,一个纯的DTS(v)(简记作PDTS(v))(X,A)是一个这样的DTS(v),(a,b,c)∈A蕴涵(c,b,a)(∈)A.
如果MTS(v)或DTS(v)的区组集能够划分成若干个子集,每个子集包含X的每个元素恰好一次,则称此设计为可分解的.可分解的MTS(v)与可分解的DTS(v)分别记为RMTS(v)及RDTS(v).
MTS(v)(或DTS(v))的大集,记作LMTS(v)(或LDTS(v)),是v元集X上v-2个MTS(v)(或3(v-2)个DTS(v))的集合,并使得X上任意循环(或可迁)三元组作为区组恰好出现于一个MTS(v)(或DTS(v))之中.LPMTS(v)(或LPDTS(v))表示一个LMTS(v)(或LDTS(v)),其中每个MTS(v)(或DTS(v))都是纯的.LRMTS(v)(或LRDTS(v))表示一个LMTS(v)(或LDTS(v)),其中每个MTS(v)(或DTS(v))都是可分解的.
MTS(v)的超大集,记作OLMTS(v),是一个集合{(X{x},Bx)∶x∈X},其中X是v+1元集,(X{x},Bx)是MTS(v),并且Ux∈XBx正好包含X上所有循环三元组.OLPMTS(v)表示一个OLMTS(v),其中每个MTS(v)都是纯的.
1850年,Kirkman在《LadysandGentlemansDiary》中提出了一个问题:十五个女生排成三列出去散步,能否在一周内使得任意两人不在同一行出现两次?这个问题实际上是要寻找一个15阶的Kirkman三元系KTS(15).Kirkman十五女生问题提出之初,Sylvester进一步提出:15元集合上的455个3-子集能否划分成13个KTS(15)?
Sylvester十五女生问题是数学史上第一类大集问题,激发了许多专业人士与业余爱好者的兴趣.自此之后各种各样的大集问题相继被提出与研究.1983至1984年,我国数学家陆家羲为解决Steiner三元系大集问题做出了突出的贡献.到目前为止,LSTS,LMTS及LDTS的存在性问题已完全解决,而LPMTS,LPDTS,LKTS,LRMTS及LRDTS的研究结果却很少.
本文研究组合设计的大集问题,诸如LPMTS,LPDTS,LRMTS及LRDTS.
Bennett,Kang,Lei及Zhang给出了LPMTS的一些递归构造,并证明了LPMTS(12k)及LPMTS(12k+4)是存在的.田子红应用类似的方法,给出了关于LPDTS的递归构造,证明了LPDTS(6k)及LPDTS(6k+4)的存在性.本文采用新的得力递归构造,结合必要的直接构造,彻底解决了LPMTS及LPDTS的存在性问题.
LRMTS及LRDTS的存在结果非常有限.若v为奇数,LRMTS(v)及LRDTS(v)的大部分结论从LKTS(v)得到,而LKTS(v)的存在性问题亦尚未解决.这些问题还需要更多技巧.本文给出了LRDTS的一个三倍构造,给出了LRMTS及LRDTS的乘积构造,建立了几个新的无穷类.
论文的主要结果总结如下:
(1)当且仅当v≡0,1(mod3)且v≥4时存在LPDTS(v).
(2)当且仅当v≡0,1(mod3),v≥4且v≠6,7时存在LPMTS(v).
(3)对下列阶数v存在LRMTS(v)及LRDTS(v):v=3nm(2·kn11+1)(2·kn22+1)…(2·kntt+1),其中n≥1,t≥0,ni≥1,ki∈{7,13}(i=1,2,…,t),m∈{1,4,5,7,11,13,17,23,25,35,37,41,43,47,53,55,57,61,65,67,91,123}∪{(7k+2)/3,(13k+2)/3,(25k+2)/3,22k+125j+1∶k≥0且j≥0}.
全文分为五章.
第一章本章为引言,回顾了大集问题的历史背景,介绍了相关问题的进展,列出了本文的主要方法及结果.
第二章本章确定了LPDTS的存在谱.首先引入t-纯可划分的可迁烛台系(简记作t-PPDCS)的概念,给出了用0-PPDCS构造LPDTS的方法.接着,利用s-fan设计给出了t-PPDCS的递归构造.然后通过一些输入设计的直接构造,确定了LPDTS(6k+3),LPDTS(12k+7)及LPDTS(12k十1)的存在性.最后LPDTS的存在谱完全确定.
第三章本章确定了LPMTS的存在谱.一方面,首先类似于第二章,列出了LPMTS及t-PPMCS的递归构造.然后直接构造了1-PPMCS(63∶4)及0-PPMCS(63∶3),从而确定了LPMTS(12k十9)及LPMTS(12k十1)的存在性.另一方面,对于奇数v≥7,建立了从LPMTS(v)及OLPMTS(v)到LPMTS(2v+1)的特殊构造.最终确定了LPMTS的存在谱.
第四章本章建立了LRDTS的三倍构造.首先引入了双可迁的可分解幂等拟群(简记作DTRIQ)的概念.然后证明当且仅当3|v且v≠2(mod4)时存在DTRIQ(v).最后建立了从LRDTS(v)及DTRIQ(v)到LRDTS(3v)的三倍构造,同时得到了一个偶数阶的无穷类,LRDTS(4·3n).
第五章本章建立了LRMTS及LRDTS的乘积构造.证明了若存在LRMTS(u)(或LRDTS(u)),TRIQ(u)(或DTRIQ(v))及LR(v)(Lei引入的一种设计),则存在LRMTS(uv)(或LRDTS(uv)).利用这样的构造得到了更多的无穷类.