\documentclass{jsarticle} \usepackage{url} \usepackage{amsmath} \usepackage{amssymb} \usepackage{amsfonts} \usepackage{amsthm} \usepackage{mathtools} \usepackage{fancybox} \usepackage{braket} \usepackage{color} \newtheorem{thm}{Theorem} \theoremstyle{plain} \newtheorem{theorem}{Theorem}[section] \newtheorem{lemma}[theorem]{Lemma} \newtheorem{corollary}[theorem]{Corollary} \newtheorem{conj}[theorem]{Conjecture} \newtheorem{proposition}[theorem]{Proposition} \newtheorem{question}[theorem]{Question} \theoremstyle{definition} \newtheorem{remark}[theorem]{Remark} \newtheorem{definition}[theorem]{Definition} \newtheorem{example}[theorem]{Example} \newtheorem{claim}[theorem]{Claim} \newcommand{\Mult}{\mathrm{Mult}} \newcommand{\nbinom}[2]{{}_{#1} \mathrm{C}_{#2}} \newcommand{\Z}{\mathbb{Z}} \newcommand{\C}{\mathbb{C}} \newcommand{\wt}{\mathrm{wt}} \newcommand{\D}{\mathbb{D}} \newcommand{\bs}{\mathbb{S}} \newcommand{\dominocat}{\mathrm{Domino}} \newcommand{\Hom}{\mathrm{Hom}} \newcommand{\End}{\mathrm{End}} \newcommand{\sz}{\mathrm{sz}} \newcommand{\hmemo}[1]{{\color{red} #1}} \cornersize{2} \begin{document} \mathtoolsset{showonlyrefs=true} \begin{section}{ドミノタイリングの圏と分解} \begin{definition} 有限集合$R\subset\Z^2$を盤面と呼ぶ. 盤面のドミノタイリング全体を$\D(R)$で表す. 盤面$R$と$D\in\D(R)$に対し, $D$の横のドミノの個数を$h(D)$で表す. 盤面$R$に対し, $\bs(R)$を $$ \bs(R)=\sum_{D \in \D(X)} \sqrt{-1}^{h(D)}. $$ で定める. \end{definition} \begin{definition} $p=(x,y)\in \Z^2$に対し, $\wt(p)$で$\sqrt{-1}^x$を表す. 盤面$R$に対し,$\wt(R)$を$\wt(r)(r\in R)$の積として定める. \end{definition} \begin{definition} $V$を, $\ket{0}$および$\ket{1}$で自由生成される$\C$線形空間とする. 集合$A$に対し, $V_{A}$で$V^{\otimes{A}}$を表す. \end{definition} \begin{definition} 集合$A$および, $S\subset A$に対し, $e_{S}\in V_{A}$を次のように定める: \[ e_{S,i}= \begin{cases} \ket{0} & (i \in S)\\ \ket{1} & (i \not\in S) \end{cases} \] とし, \[ e_S=\bigotimes_{i\in A} e_{S,i} \] \end{definition} \begin{example} $A=\{0,1,2,3,4\}$,$S=\{1,4\}$なら, $e_{S}=\ket{0}\otimes\ket{1}\otimes\ket{0}\otimes\ket{0}\otimes\ket{1}$ \end{example} \begin{remark} 定義より, $\{e_S|S\subset A\}$ は $V_{A}$の基底をなす. \end{remark} \begin{definition}{ドミノタイリングの圏} $\dominocat$を次で定める:\\ object: 盤面全体の集合\\ morphism: 盤面$R,R'$の間の射全体の集合を, $\Hom_{\C}(V_R,V_{R'})$と定める.\\ composition: 線形写像の合成 \end{definition} この圏の定義には深い意味がなくて, 大事なのは次のmorphism: \begin{definition}(転送行列) 盤面$R$および$A,B\subset R$に対して, $\phi^R_{A,B}\in \dominocat(A,B)$を, 次を満たすような射として定める. \[ \phi^R_{A,B}(e_S)=\sum_{T\subset B} c_{S,T}e_T \] ただし, \[ c_{S,T}=\bs(R\setminus ((A\setminus S)\cup T)) \wt(S) \wt(T)^{-1}. \] また, $\phi_{A,B}$で$\phi^{A\cup B}_{A,B}$を表すものとする. \end{definition} \begin{proposition} $\phi^R_{\emptyset,\emptyset}=\bs(R)$ \end{proposition} \begin{proof} 定義より自明. \end{proof} \begin{proposition} 盤面$R,S$および$A,B,C$が次の条件を全て満たしていたとする. \begin{itemize} \item $A\subset R$, $C\subset S$ \item $B=R\cap S$ \item $p,q\in R\cup S$が(辺で)隣接していたら, $p,q\in R$または$p,q\in S$のちょうど一方を満たす. \end{itemize} このとき, 次式が成立する. \[ \phi^S_{B,C} \circ \phi^R_{A,B} = \phi^{R\cup S}_{A,C} \] \end{proposition} \begin{proof} $e_T$をいれ, 定義にしたがって整理していくと, 示すべきは次の事実:\\ $T\subset A,V\subset C$に対し, \[ \bs((R\cup S)\setminus ((A\setminus T)\cup V)) = \sum_{U\subset B} \bs(R\setminus ((A\setminus T) \cup U)) \times \bs(S\setminus ((B\setminus U) \cup V)) \] これは, 任意の$D\in\D((R\cup S)\setminus ((A\setminus T)\cup V))$に対し, $D$のドミノが$R$に入ってるか$S$に入ってるかのどちらかちょうど一方が成り立つことからわかる. \end{proof} \begin{definition} 整数$n$に対し, $DL_n\subset \Z^2$を次のように定める: \[ DL_n = \{(x,y)\in \Z^2|x+y=n\} \] 盤面$R$に対し, $R_n$を$R\cap DL_n$として定める. \end{definition} ここまでこねくりまわして欲しかったのは次の分解: \begin{proposition} 任意の盤面$R$にたいし, 十分大きい$M$をとれば, 次式が成立する: \[ \bs(R) = \phi_{R_{M-1},R_M}\circ \phi_{R_{M-2},R_{M-1}}\circ \dots \phi_{R_{-M},R_{-M+1}} \] \end{proposition} \begin{proof} prop1.9, 1.10より自明 \end{proof} $\phi_{R_n,R_{n+1}}$をもう少し具体的に書き下す. \begin{definition} (有限)全順序集合$R$に対し, $V_{R}$と$\bigwedge \C^{R}$を同一視する. すなわち, $\{s_0,s_1,\ldots s_{n-1}\}=S\subset R,s_0 a' \end{cases}\right) \cdot\iota(e_S)\wedge \iota(e_{\{b\}}) \end{align} \end{itemize} \end{lemma} \begin{proof} 前半は定義より自明. 後半は頑張って計算するとわかる. \end{proof} ここまでのよくわかんない定義は次の定理のため: \begin{proposition} $\sz(\sigma)=m$のとき, 次式が成立する: \[ (\iota_{m+1}\circ \bigwedge\psi_m)(\alpha(m;\sigma)) =\pm\alpha(m+1;\iota'(\sigma)) \] \end{proposition} \begin{proof} $\iota_{m+1}$を両辺にかけて, \[ (\bigwedge\psi_m)(\alpha(m;\sigma)) =\pm\iota_{m+1}(\alpha(m+1;\iota'(\sigma))) \] を示せばよい. これと命題「$\sigma$が赤いとき,$\sz(\sigma)=m$と置くと, \[ (\bigwedge\psi_m)(\alpha(m;\sigma)) \wedge (f_0-f_m)=0 \] 」を合わせて$\sigma$に対する構造帰納法を回す. \begin{itemize} \item $\sigma=[\sigma_0,\sigma_1,\ldots,\sigma_{n-1}]$のとき:\\ $s_i=\sz(\sigma_i),t_i=\sum_{j=0}^{i-1} s_j$と置く. $\alpha$の定義と帰納法の仮定と上の補題より, 右辺は \begin{align} (\bigwedge\psi_m)(\alpha(m;\sigma))&=\bigwedge_{i=0}^{n-1} \left((\bigwedge\psi_{[t_i,t_{i+1})})\alpha([t_i,t_{i+1});\sigma_i)\right) \\ &=\pm\bigwedge_{i=0}^{n-1} \left(\iota_{[t_i,t_{i+1}]}\alpha([t_i,t_{i+1}];\langle\iota(\sigma_i)\rangle)\right)\\ &=\pm\bigwedge_{i=0}^{n-1} \left(\iota_{[t_i,t_{i+1}]}(\alpha((t_i,t_{i+1});\iota(\sigma_i)) \wedge (f_{t_i}+f_{t_{i+1}}))\right)\\ &=\pm\bigwedge_{i=0}^{n-1} \left(\iota_{(t_i,t_{i+1})}\alpha((t_i,t_{i+1});\iota(\sigma_i)) \wedge (f_{t_i}-f_{t_{i+1}})\right)\\ &=\pm\bigwedge_{i=0}^{n-1} \left(\iota_{(t_i,t_{i+1})}\alpha((t_i,t_{i+1});\iota(\sigma_i)) \right)\wedge \bigwedge_{i=0}^{n} \left(f_{t_i}-f _{t_{i+1}}\right) \\ \end{align} となる. この形から, $(\bigwedge\psi_m)(\alpha(m;\sigma)) \wedge (f_0-f_m)=0$は明らか. 一方, 左辺を計算すると, \begin{align} \iota_{m+1}(\alpha(m+1;\iota'(\sigma)))&= \iota_{m+1}(\alpha(m+1;\langle\iota(\sigma_0),\iota(\sigma_1),\dots ,\iota(\sigma_{n-1})\rangle))\\ &=\iota_{m+1}\left( \bigwedge_{i=0}^{n-1} \alpha((t_i,t_{i+1});\iota(\sigma_i)) \wedge (\sum_{i=0}^{n} f_{t_i}) \right)\\ &=\pm\bigwedge_{i=0}^{n-1} \left(\iota_{(t_i,t_{i+1})}\alpha((t_i,t_{i+1});\iota(\sigma_i)) \right)\wedge \iota_T(\sum_{i=0}^{n} (-1)^ie_{t_i}) \end{align} ただし$T=\{t_i| 0\leq i\leq n\}$. よって$\wedge$の右側が等しいことを示せばよいが, それは計算すれば従う. \item $\sigma=\langle\sigma_0,\sigma_1,\ldots,\sigma_{n-1}\rangle$のとき:\\ $s_i=\sz(\sigma_i),t_i=\sum_{j=0}^{i-1} (s_j+1)$と置く. $\alpha$の定義より, 右辺は \begin{align} (\bigwedge\psi_m)(\alpha(m;\sigma))&=\bigwedge_{i=0}^{n-1} \left((\bigwedge\psi_{(t_i,t_{i+1})})\alpha((t_i,t_{i+1});\sigma_i)\right)\wedge \left(\sum_{i=0}^n (\bigwedge\psi_m)f_{t_i}\right)\\ \end{align} ここで, \begin{align} \sum_{i=0}^n (\bigwedge\psi_m)f_{t_i} &= \sum_{i=0}^n (f_{t_i}-f_{t_i+1}) = (f_0-f_m) + \sum_{i=0}^{n-1} (f_{t_i+1}-f_{t_{i+1}}) \end{align} なので, 帰納法の仮定より, \begin{align} (\bigwedge\psi_m)(\alpha(m;\sigma))&=\bigwedge_{i=0}^{n-1} \left((\bigwedge\psi_{(t_i,t_{i+1})})\alpha((t_i,t_{i+1});\sigma_i)\right)\wedge (f_0-f_m)\\ &=\pm\bigwedge_{i=0}^{n-1} \left(\iota_{(t_i,t_{i+1}]} \alpha((t_i,t_{i+1}];\iota(\sigma_i))\right)\wedge (f_0-f_m) \end{align} となる. 一方, 左辺を計算すると \begin{align} \iota_{m+1}(\alpha(m+1;\iota'(\sigma)))&= \iota_{m+1}(\alpha(m+1;\langle[\iota(\sigma_0),\iota(\sigma_1),\dots ,\iota(\sigma_{n-1})]\rangle))\\ &=\iota_{m+1}\left( \bigwedge_{i=0}^{n-1} \alpha((t_i,t_{i+1}];\iota(\sigma_i)) \wedge (f_0+f_m) \right)\\ &=\pm\bigwedge_{i=0}^{n-1} \left(\iota_{(t_i,t_{i+1}]} \alpha((t_i,t_{i+1}];\iota(\sigma_i))\right)\wedge (f_0-f_m) \end{align} となるので両辺は等しい. \end{itemize} \end{proof} \begin{definition} 区間$I\subset \Z$に対して, $X_I\subset V_I$を次のように定める: \[ X_I:=\{\varepsilon \alpha(I;\sigma) | \varepsilon\in \{\pm1,\pm\sqrt{-1}\}, \sigma\text{は2色木で}\sz(\sigma)=\#I\} \] \end{definition} \begin{definition} 区間$I\subset \Z$に対して, $X'_I\subset V_I$を次のように定める: \[ X'_I:=\{v_0\wedge v_1\wedge \dots \wedge v_{n-1} | \text{あるdisjointな区間の列}J_0,J_1\dots J_{n-1}\subset I\text{が存在し}, v_i\in X_{J_i}\} \] \end{definition} \begin{corollary} 区間$I$に対して, $\psi_I(X_I)\subset X_J$. ただし, $I\cup (I+1)=J$. \end{corollary} \begin{proof} 上の命題より自明. \end{proof} \begin{corollary} 区間$I,J$に対して, $\psi_I(X'_I)\subset X'_J$. \end{corollary} \begin{proof} 上の系より, $X'_J$が「端の点を削除する操作」について閉じてることを言えばok. これは頑張るとできる. \end{proof} \begin{remark} 定義より, $X'_{\emptyset}=\{0\}\cup \{\pm1,\pm\sqrt{-1}\}$ \end{remark} \begin{proposition} $I=[a,b),J=[b,c)$と書けるなら $X_I\otimes X_J\subset X_{I\cup J}$. \end{proposition} \begin{proof} 大きさ$\#I,\#J$の二分木$\sigma,\tau$に対して, $\alpha(I;\sigma)\otimes \alpha(J;\tau)\in X_{I\cup J}$を示せばよい. 青い木$\sigma$に対して, $\alpha(A,\sigma)=\alpha(A,[\sigma])$なので, $\sigma, \tau$は赤いとしてよい. $\sigma=[\sigma_0,\ldots,\sigma_{n-1}]$,$\tau=[\tau_0,\ldots \tau_{m-1}]$と置くと, $\alpha(A,\sigma)\otimes\alpha(A,\tau)=\alpha(A,[\sigma_0,\ldots,\sigma_{n-1},\tau_0,\ldots \tau_{m-1}])$なのでよい. \end{proof} $X_I$については上の4つの主張以外忘れて大丈夫です. さて, 区間に関してはこれでいいんですが, 区間がバラバラなときにはもう少し工夫する必要があります. \begin{definition} $A\subset \Z$のとき, $V_A$に内積を次のように入れる: $v=\sum_{S\subset A} \beta_S e_S$,$w=\sum_{S\subset A} \gamma_S e_S$ のとき, \[ \langle v,w\rangle = \sum_{S\subset A} (-1)^{(\sum S)} \beta_S \overline{\gamma_S} \] \end{definition} \begin{definition} $X\subset V_A$に対して, $X^{\bot}$を次のように定義する: \[ X^{\bot}:=\{y|\forall x\in X, \langle x,y\rangle \in X_{\emptyset}\} \] \end{definition} \begin{remark} 内積の定義より, $X^\bot\otimes Y^\bot \subset (X\otimes Y)^\bot$ \end{remark} \begin{definition} $A\subset \Z$に対し, $Y_A$を次で定義する: $A=I_0\cup I_1\cup\dots \cup I_{n-1}$と(最小個数の)区間の和に分けて, \[ Y_A:=(X'_{I_0}\otimes X'_{I_1}\otimes \dots \otimes X'_{I_{n-1}})^\bot \] \end{definition} \begin{theorem} 単連結な盤面$R$が, $\forall (x,y)\in R, x+y\leq m$を満たすとする. このとき, $\phi^{R}_{R_m,\emptyset}\in Y_{R_m'}$. ただし, $R_m'=\{x\in \Z|(x,m-x)\in R_m\}$. \end{theorem} \begin{proof} 今まで示したことを組み合わせると, $R$の「行数」の帰納法が回る. \end{proof} \begin{theorem} 盤面$R$が単連結なら, $\lvert{\bs(R)}\rvert=0,1$ \end{theorem} \begin{proof} 上の命題で$m$を十分大きくとり, $Y_{\emptyset}=\{0,\pm1,\pm\sqrt{-1}\}$と合わせれば従う. \end{proof} \end{section} \end{document}