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(3)2が4個,0が2個.

ドキュメント内 Mathieu群とConway群について (ページ 35-51)

Proof lO∩7嘱。くたく5の最大値が1以下ならばlq≦6となり矛盾が生じる.従って10∩聾1 の最大値は2,3または4である.

  最大値が4のときρ∩矧=4,C∩乃≠のとなる乞≠ゴが存在する.このとき 賜U乃∈Bかつ10∩(zul弓)1≧5であるから0=7}U7》が成り立つ・従ってこの場合

10∩7刻。鮪く5は4が2個,0が4個である.

  最大値が3であるとしてio∩7}1=3とする.いま10∩男1≧2となるブ≠乞が存在

すると仮定する.このとき10∩(男U%)1≧5となり0=鴇U乃が得られ,10∩7為1=3

であることに矛盾する.従ってゴ≠¢に対してio∩7}1≦1である.よってこの場合は3

が1個,1が5個である.

2.S(5,8,24)

34   最大値が2であるとして1σ∩矧=2とする.いま10∩℃1=1となる¢≠ゴが存在

すると仮定すれば10∩(男U%)1=3となり補題2.12に矛盾する.よってこの場合は2が

4個,0が2個である.      ■

  以下octadとsextetの交わりが上の定理の(1),(2),(3)のいずれになるかにより,[4204]

型,[311『型,[2402]型と呼ぶことにする.

次に任意のsextetに対して3っの型が起こり得ることを示す.

  3={別0≦乞≦5}をsextetとして7}={%無傷d¢}とおく.このとき乃U男は

octadであり,5との交わりは[4204]型である.

 0=0(αo,α1,α2,α3,α4)とおく.0の残りの3点がどの成分に含まれても1σ∩7U=1 となる宮が存在する.従ってこの場合は[3115]型である.

  0=0(αo,わ。,α1,δ1,α2)とおく■0∩7bl≧2,10∩:τll≧2,10∩乃1≧1であるから

[4204]型,[3115]型ではあり得ない.従ってこの場合は[2402]型である.

M一行列

  Ωの部分集合Xに対してXを含むoctadが存在するときXはspecialであるという.

specialでないときnon−specialであるという.また{∬1,ω2,ω3,ω4,ω5,%}がnon−specialで あり,{∬2,瓢3,ω4,劣5,ω6,∬7}がspecialであるような7点順列@1,瓢2,ω3,∬4,∬5,∬6,∬7)を

(Ω,B)のM一順列,または単にM一順列という,

補題2.16ηoη一3pεc刎なX={銑,コじ2,∬3,∬4,賜,鞠}に対してX¢=X一{∬乞},瓦を 含むoc如dをX(の,男=(X(の一X∂U幅}とおく(1≦乞≦6).このとき{男}1 6

は8e撹θオである.

Proof Xがnon−specialであるから鎧¢¢X(のである.従って1男1=IX(乞)1−IX¢1+

1=4が成り立つ.また乞≠ブのとき簸∈X(のよりX(の≠X(のとなる,ここで 蕩∩Xゴ⊆X(の∩X(の,【蕩∩Xゴ1=4より蕩∩Xゴ=X(の∩X(のを得る.よって

Xω∩X(の={賜1κ≠琶,がが得られる.これより陽∩乃=のが導かれる.元の個数を

考えるとΩ=処U7bu…U%が得られる.一方奄≠ゴのとき%U%=X(の+X(の,

lX(の∩X(の1=1&∩Xレ・1=4であるから,補題2.13より鴇u7》はoctadである.よって

{賜}1 6はsextetである.       ■

  以下本論文を通じてnon−specialなX={銑,∬2,∬3,晦,賜,∬6}に対してX(2)は上の 補題で定めたoctadを表すものとする.

  次にM一行列の概念を導入する.M一行列とはΩの元を成分とする4×6行列であり,

octadが特別な位置に配置されたものである.次節でSteiner systemθ(5,8,24)の一意性を 示すのに必要となる.定義の前に記号などを準備する.

M=

α11 α12 α13 α14 α15 α16 α21 α22 α23 α24 α25 α26 α31 α32 α33 α34 α35 α36 α41 α42 α43 α44 α45 α46

とおき8点集合M(1),_,M(8)を

       M(1)={α12,α13,α14,α15,α16,α21,α31,α41}

       M(2)={α11,α12,α13,α14,α21,α22,α23,α24}

       M(3)={α11,α12,α13,α14,α31,α32,α33,α34}

       M(4)={α11,α12,α13,α14,α41,α42,α43,α44}

       M(5)={α13,α14,α15,α16,α23,α24,α25,α26}

       M(6)={α13,α14,α15,α16,α33,α34,α35,α36}

       M(7)={α13,α14,α15,α16,α43,α44,α45,α46}

       M(8)={α11,α12,α13,α24,α31,α35,α41,α46}

と定める(これらを行列の位置で表したものをp.96の付録に記す).

更に1≦乞≠ゴ≦6に対して

       Mω)={α1乞,α2¢1α3¢,α4¢,α1ゴ,α2ゴ,α3ゴ,α4ゴ}

と定める.M(切は乞列とブ列の和である.

定i義2.17Ωの元を次の条件をみたすように4×6行列Mに配置したものを(Ω,B)

の.M一行列,または単に.M一行列という.

(0)任意の1≦乞≠ゴ≦6に対してM(㊥はocオα4である.

(1)8つの8点集合M(1),_,M(8)はocオα4である.

M一行列において(α11,α12,α13,α14,α15,α16,α21)がM一順列であることを注意しておく.次に M一行列になるようにΩの点を配置できることを示す.

定理2.18〃L行列は存在する.

2.S(5,8,24)

36

Proofσ∈B,銑¢σ,コじ2,∬3,∬4,∬5,∬6,飾∈σを選ぶと@1,ω2,瓢3,∬4,∬5,∬6,¢7)はM一

順列になる.補題2.16よりsextet 3={男}1 6とoctad X(の,5点集合&が得られる

(1<乞く6).ここで

α1乞=∬乞, 男={α1乞,α2乞,α32,α4乞}   (1≦乞≦6)

をみたすようにΩの点を配置したものをMとおく.飾∈X(1)よりα21=∬7であると

してよい.

  さてM(励=男+勾であるから任意の1g≠ブ≦6に対してM(切はoctadであ

る.従って定義2.17の条件(0)がみたされる.

  M(1)=X(1)であるからM(1)はoctadである.次にM(2),…,M(8)がoctadにな

るように%を並べ換える.ただし,同じ列内で並べ替えるときはM(切がoctadである

ことに影響はない.

  五)(の=0(α1Lα12,α13,α14,α21)とおく。このときX(1)≠D(6), IX(1)∩D(6)1≧4よ りIX(1)∩D(∂)1=4を得る.従ってα15,α16,α31,α41¢D(6)が成り立つ.定理2.15より D(δ)と3との交わりは[2402]型となるからD(わ)の残りの3点を列を変えないように α22,α23,α24の位置に移せばM(2)=D(δ)がoctadとなる.また,このときM(1)がoctad であることに変わりはない.

  D(c)=0(α11,α12,α13,α14,α31)とおく.IX(1)∩D(c)1=IM(2)∩D(c)1=4より,θ との交わりは[2402]型となるのでα15,α16,α21,α22,α23,α24,α41¢D(c)である,D(c)の残り

の3点を列を変えないようにα32,α33,α34の位置に移せばM(3)=D(c)がoctadとなる.

また,このときM(1),M(2)がoctadであることに変わりはない.一方 M(4)=((M(2)十M(3))十M(12))十M(34)

であるので補題2.13によりM(4)もoctadである.

  D(e)=0(α13,α14,α15,α16,α23)とおく.IX(3)∩D(e)[=4よりα11,α12,α33,α43¢D(e)

を得る,従って3との交わりは[2402]型である.3≦ID(e)∩M(2)【≦6よりID(e)∩M(2)1=

4となるのでα24∈D(e)である.D(e)の残りの2点を列を変えないようにα25,α26の位 置に移せばM(5)=D(θ)がoctadとなる.また,このときM(1),_,M(4)がoctadで

あることに変わりはない.

  D(!)=0(α13,α14,α15,α16,α33)とおく.IX(3)∩D(!)1=4よりα11,α12,α23,α43¢D(!)

を得る.従って3との交わりは[2402]型である.ここで3≦}D(!)∩M(3)1≦6よ

りiD(ノ)∩M(3)1=4となるからα34∈D(!)でなければならない.一方iM(5)∩D(ノ)1=4 であることよりα25,α26¢D(!)が成り立つ.従ってD(!)の残りの2点を列を変えないよ

うにα35,α36の位置に移せばM(6)=D(!)がoctadとなる.このときM(1),_,M(5)

がoctadであることに変わりはない.また

M(7)一((M(5)+M(6))+M(34))+M(56)

であるので補題2.13よりM(7)もoctadである.

  D(ん)=0(α11,α12,α13,α31,α41)とおく.ID(ん)∩M(1)1=4よりα21,α14,α15,α16,¢

D(ん)が成り立つ.このとき5との交わりは[3115]型となるから,残りの3点は4,5,6列の 2〜4行にある.一方iM(2)∩D(ん)1=4よりα24∈D(ん)を得る.またIM(5)∩0(ん)1=2 または4であるが,iM(5)∩D(ん)1=4とするとα23∈D(ん)となり[3115]型であることに 矛盾する.よってIM(5)∩D(ん)1=2である.同様にしてIM(6)∩D(ん)1=2を得る.以 上から残る2点は{α35,α46}または{α36,α45}である.前者の場合0(ん)=M(8)はoctad である.後者の場合5列と6列を交換する,すなわちα歪5とα乞6を交換することにより D(ん)=M(8)とできる.この並べ換えによりM(1),_,M(7),M(切がoctadであること に変わりはない.

  以上でM一行列の条件をみたすようにΩの点を配置することができた.     ■

定理2.19《4一順列@1,∬2,∬3,晦,鞠,%,∬7)に対して銑を(1,の成分とし(1≦乞≦6),

鋤を(2,1)成分とするM一行列が一意に定まる.

Proof M,Nを題意をみたす2つのM一行列としてM,Nの(z,フ)成分をそれぞれ%,暢

とおく.このときα1乞=α1¢=賜(1<画く6),α21=α灸1=卿が成り立つ.またM㈲,

M(切に対応するNのoctadをN㈲, Nω)と表すことにする.

  乞>1のときoctad M(1)+M(1のとN(1)+N(1¢)は5点を共有するので一致する.

従って

{α22,α3乞,α4乞}={α灸乞,αも乞,喝

が成り立つ.またこれよりM(切=N(切が得られる.一方

M(2)=σ@1,灘2,コヶ3,ω4,∬7)=N(2)

2.S(5,8,24)

38

より

       {α22,α・3,α24}={α身2,α灸3,α§4}

を得る.以上から

      α灸、∈{α22,α32,α42}∩{α22,α23,α24}

となりα灸2=α22が成り立つ.同様にしてα灸3=α23,α釜4=α24が得られる.

  次に

     M(5)=0(α13,α14,α15,α16,α23);0(α13,α14,α15,α16,α13)=N(5)

となるので{α25,α26}={α15,α灸6}が得られるが,上と同様にしてα灸5=α25,α色6=α26が得 られる.一方

     M(8)=0(α11,α12,α13,α31,α41)=0(α11,α12,α13,α11,α11)=N(8)

が成り立つことからα15=α35,αa6=α46が得られ,これよりα塩5=α45,α§6=α36も得ら れる.更に

     M(6)=0(α13,α14,α15,α16,α35)=σ(α13,α14,α15,α16,α15);N(6)

よりα13=α33,α念4・=α34を得る.同様にしてM(7)=N(7),M(3)=N(3), M(4)=N(4)

から残りの成分の一致することが導かれる,以上でM=Nが示された.    ■

Sextet So〜S5

  M=[α司をM一行列として,後節で必要となる6っのsextet 50,_,85のMでの配置 を求める(これらのsextet 30,51,…,θ5をM一行列に表したものを付録p.97に示す).定 理2.14より4点集合からsextetが定まることを想起されたい.なお,以下においてsextet 亀={男}1〈2<6の成分男,乃の和であるoctadをSた@のと表すことにする.

  (So)Mの1列7ヨ={α11,α21,α31,α41}によって定まるsextetをθo={男}壌≦6とす

る.71がM一行列の第1列なのでM(ωがoctadになることから各列がsextetの成分に

なる.

  (S1)T1={α11,α22,α32,α42}によって定まるsextetを51={霧}1 6とする, T1⊆

M(12)より乃={α12,α21,α31,α41},7b⊆M(1)より乃={α13,α14,α15,α16}が定まる.こ こで乃を含むoctad M(5), M(6), M(7)から71+2=価3,α乞4,α乞5,囑}(2 g≦4)が得 られる.

  (S2)T1={α11,α12,α21,α22}1こよって定まるsextetを52とする. M(12),M(2)

が男を含むoctadであることから乃={α31,α32,α41,α42},7も={α13,α14,α23,α24}が定 まる.M(34), M(5)が乃を含むoctadであることから7≧={α33,α34,α43,α44},7も=

{α15,α16,α25,α26}が得られる.従って残りの聡={α35,α36,α45,α46}も定まる.

  (S3)T1二{α11,α12,α31,α32}によって定まるsextetを83とする. M(12), M(3)

がT1を含むoctadであることから乃={α21,α22,α41,α42},乃={α13,α14,α33,α34}が定 まる.M(34), M(6)が乃を含むoctadであることから7≧={α23,α24,α43,α44},鴎=

{α15,α16,α35,α36}が定まり,残りの%={α25,α26,α45,α46}も定まる.

  (S4)㊨={α11,α12,α31,α41}で定まるsextetを34とする. M(12), M(8)が男 を含むoctadであることから乃={α21,α22,α32,α42},7b={α13,α24,α35,α46}が定ま る.M(8)+32(3,6), M(8)+(M(35)+θ3(4,6))が71を含むoctadであるから乃=

{α14,α23,α36,α45},鶏={α15,α26,α33,α44}カミ定まり,残りの7も={α16,α25,α34,α43}も定 まる.

  (S5)最:後にsextet 55をT1={α11,α12,α21,α31}で定まるものとする. M(12)がTlを 含むoctadであることから乃={α22,α32,α41,α42}が定まる. D=0(α11,α12,α13,α21,α31)

とするとIM(12)∩Di=4である.従ってθoとの交わりは[3115]型となる.更にM(1),

M(2),M(3), M(8)とDとの交わりが4点になるので4列のDの元はα44である.

M(5),M(6)とDの交わりが2点になることから第5,6列の元はα25,α36である.従って 乃={α13,α25,α36,α44}を得る.またD+((M(5)+M(6))+M(34)),D+(M(5)+M(46))

がT1を含むoctadであるから乃={α14,α26,α35,α43},7も={α15,α23,α34,α46}が定まり,

残りの端;{α16,α24,α33,α45}も定まる.

  さてM一行列が与えられたとき,1≦2≦3に対して2乞一1,2乞列の和集合としてでき

るoctadを第乞Brickということにする.ここで3次の置i換σのMへの作用を定義する.

σはbrick内での位置は変えず3個のBrickを置き換えるものとする.例えばσ=(1,2)

はM(1)={α12,α13,α14,α15α16,α21,α31,α41}に対して,第3Brickの元α15,α16を固定し,

第1Brickにある元α12,α21,α31,α41を第2Brickでの同じ位置に,すなわちα14,α23,α33,α43 の位置に移す.また第2Brickにある元α13,α14を第1Brickの同じ位置,すなわちα11,α12

の位置に移す.従ってM(1)σ={α11,α12,α23,α33,α43,α14,α15α16}が得られる.なおM(切σ

2.S(5,8,24)

40

がoctadであることは明らかである.

定理2.20(M一行列の対称性).M一行列Mに3次の置換σを上で定めたように作用さ せるとする.このときM(¢)σは。ぬ4である(1≦乞≦8).特に!匹行列のβ物κを置換

Proof M(1)σはM(1), X(3), X(5)のいずれかであるのでoctadである.ただしXω については補題2.16を参照されたい.M(2)σ, M(5)σはsextet 52の成分の和となる のでoctadである. M(3)σ, M(6)σはsextet 53の成分の和となるのでoctadである.

M(4)=M(2)+M(3)十M(12)+M(34)より

M(4)σ=M(2)σ十M(3)σ十M(12)σ十M(34)σ

となるが,補題2.13よりM(4)σもoctadである.同様にM(7)=M(5)+M(6)+M(34)+

M(56)よりM(7)σもoctadである. M(8)σはσに応じてM(8)にM(13)+M(2),M(7),

M(15)+θ2(1,5),53(2,4)+M(2),M(35)+θ2(3,5)を加えることによって得られる.従っ

て前と同様にM(8)σもoctadである.      ■

S(5,8,24)とBinary Goley Code

  次に(Ω,Bi)がS(5,8,24)であるときP(Ω)の部分空間〈B>がBinary Goley Codeで あることを示す.

補題2.21.4,一B∈Bが孟∩β=のをみたすときΩ一(.4UB)∈Bである

ProofΩ一(、4 U一β)¢Bと仮定して矛盾を導く.Ω一(孟UB)={街,吻,_,u8}とお く,0=0(賜1ラ賜2ラ?Z3,?五4,U5)とすると仮定より0≠Ω一(、4U−B)であるからσはAま

たはBと交わる.Bと交わる場合も同様であるから,以下0∩4≠のとする.このとき 1≦10∩Al≦3より1σ∩、41=2が成り立つ.従って0≦10∩B1≦1より10∩一Bl=0

を得る.ここで鴛1,u2,_,娩∈0,賜7,%8¢0とする.

  次にD・=0(t61ラ賜2,t↓3,錫4,%7)とおく. 10∩Dl=4となるのでu5,u6¢Dであ

る.0と同様にID∩(Ω一(AUB))1ニ6が得られるのでu8∈Dが成り立つ.更に

E=0(U1,U2,鴛3,t45,t47)とおく.このときもIE∩(Ω一(且UB))1=6が得られること

から砺,%,賜8のいずれかはEに含まれる.ここでU4∈Elまたは賜6∈Eとすると

ドキュメント内 Mathieu群とConway群について (ページ 35-51)

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