Una Introducción Amable a la Teoría Infinita de Ramsey · 2019-08-23 · Introducción El Teorema...

Una Introducción Amable a la Teoría Infinita deRamsey

David J. Fernández Bretóndjfernan@umich.edu

http://www-personal.umich.edu/~djfernan

Mathematics Department,University of Michigan

Jueves 30 de julio de 2015

David Fernández (Michigan) Teoría Infinita de Ramsey 30/07/2015 1 / 11

Introducción La fiesta

Teoría de Ramsey: “El caos total es imposible”.

TeoremaEn toda fiesta con al menos seis invitados, es posible encontrar tres de ellosde tal suerte que o bien los tres se conocen entre sí, o bien ninguno de lostres se conoce entre sí.

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Introducción El Teorema de Ramsey

Teorema (Ramsey 1930)

Para cada n, existe un m tal que siempre que se coloreen las aristas de Km

en dos colores, existen n vértices tales que la subgráfica generada por esosvértices es monocromática (para cada n existe un m tal que m −→ (n)22).

Siempre que se colorean las aristas de Kℵ0 en dos colores, hay un conjuntoinfinito de vértices tales que la subgráfica generada por esos vértices esmonocromática (es decir, ℵ0 −→ (ℵ0)22).

Introducción El Teorema de Ramsey

Para cada n, existe un m tal que siempre que se coloreen las aristas de Km

en dos colores, existen n vértices tales que la subgráfica generada por esosvértices es monocromática (para cada n existe un m tal que m −→ (n)22).

Siempre que se colorean las aristas de Kℵ0 en dos colores, hay un conjuntoinfinito de vértices tales que la subgráfica generada por esos vértices esmonocromática (es decir, ℵ0 −→ (ℵ0)22).

Introducción Una sucesión de teoremas muy importantes

Teorema (van der Waerden 1927)

Para cada n existe un m tal que, siempre que se coloreen los enteros del 1 alm en dos colores, existe una sucesión aritmética de longitud n que esmonocromática.

En particular, si coloreamos todos los números naturales condos colores, entonces uno de los colores contiene sucesiones aritméticasarbitrariamente largas.

Teorema (Szémeredi 1975)

Todo conjunto A ⊆ N con densidad superior positiva (es decir,lım supn−→∞

|A∩{1,...,n}|n > 0) tiene sucesiones aritméticas arbitrariamente

largas.

Teorema (Green-Tao 2008)

El conjunto de los números primos contiene sucesiones aritméticasarbitrariamente largas.

Para cada n existe un m tal que, siempre que se coloreen los enteros del 1 alm en dos colores, existe una sucesión aritmética de longitud n que esmonocromática. En particular, si coloreamos todos los números naturales condos colores, entonces uno de los colores contiene sucesiones aritméticasarbitrariamente largas.

largas.

Introducción El lema de Schur y el Teorema de Hindman

Teorema (Schur 1912)

Si n ≥ 6 y coloreamos los números del 1 al n con dos colores, entonces esposible encontrar dos números a y b (con 1 ≤ a, b < a+ b ≤ n) tales que a, b ya+ b tienen el mismo color.

Teorema (Folkman-Rado-Sanders ~1968)

Para cada n existe un m tal que si coloreamos los enteros del 1 al m con doscolores, entonces es posible encontrar números a1, . . . , an tales que paracualquier subconjunto no vacío F ⊆ {1, . . . , n} la correspondiente suma∑

i∈F ai (es ≤ m y) tiene siempre el mismo color.

Teorema (Hindman 1974)

Siempre que coloreamos los números naturales con dos colores, es posibleencontrar números a1, a2, . . . tales que para cada subconjunto finito no vacíoF ⊆ N la correspondiente suma

∑n∈F an tiene el mismo color.

Cardinales grandes Recordatorio de cardinalidad

Recuérdese que, dados dos conjuntos X y Y , decimos que |X| ≤ |Y | si hayuna función inyectiva f : X −→ Y . El axioma de elección implica que larelación | · | ≤ | · | es un orden lineal, e incluso un buen orden.

DefiniciónUn cardinal κ es regular si toda unión de < κ conjuntos, cada uno de ellos decardinalidad < κ, necesariamente ha de tener cardinalidad < κ.

Definición

Un cardinal no numerable κ es débilmente inaccesible si es regular y límite.

Definición

Cardinales grandes La tabla de cardinales grandes

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Generalizando teoremas de tipo Ramsey El teorema de Ramsey para cardinales no numerables

Recuérdese que el teorema de Ramsey dice que ℵ0 −→ (ℵ0)22.

Es posible demostrar, por ejemplo, que ℵ1 6→ (ℵ1)22.

Teorema (Erdös-Tarski 1943)

Dado un cardinal no numerable κ, tenemos que κ −→ (κ)22 si y sólo si κ esdébilmente compacto.

Generalizando teoremas de tipo Ramsey Generalizando el Teorema de Hindman

Teorema (Galvin-Glazer 1975)

Si G es un semigrupo conmutativo y cancelativo, entonces siempre quecoloreemos a los elementos de G con dos colores será posible encontrar unsubconjunto infinito X ⊆ G tal que el conjunto

FS(X) =

{∑x∈F

∣∣∣∣F ⊆ X es finito y no vacío

es monocromático.

HIND(G, κ) : Siempre que coloreemos a los elementos de G con dos colores,puede encontrarse un subconjunto X ⊆ G con |X| = κ tal que FS(X) esmonocromático.

Entonces el teorema previo nos dice que HIND(G,ℵ0) se satisface.

La conjetura era que, si HIND(G, κ) se satisfacía para algún G, entonces κdebía de tener propiedades de cardinal grande.

Teorema (Moore)

Si G es el grupo Booleano de cardinalidad κ, y HIND(G, κ) se cumple,entonces κ −→ (κ)22 (es decir, κ es débilmente compacto).

Teorema (Moore)

Teorema (F.B. 2015)

Para todo semigrupo conmutativo y cancelativo G, existe una coloración desus elementos en dos colores tal que FS(X) no puede ser monocromático siX ⊆ G es no numerable. En otras palabras, HIND(G, κ) es falso siempre queκ ≥ ℵ1.

http://arxiv.org/abs/1506.05834

Teorema (F.B. 2015)

Para todo semigrupo conmutativo y cancelativo G, existe una coloración desus elementos en dos colores tal que FS(X) no puede ser monocromático siX ⊆ G es no numerable. En otras palabras, HIND(G, κ) es falso siempre queκ ≥ ℵ1.

http://arxiv.org/abs/1506.05834

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