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