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- \subsection*{ii)}
- Zur Illustration unseres Beweises\footnote{vgl. D. Lubell, A Short Proof of Sperner's Theorem, 1966} fügen wir ein \textit{Hasse-Diagramm} für $P(X)$ mit $X:=\{1,2,3\}$ bei:
- \begin{figure}[h]
- \begin{center}
- \begin{tikzpicture}
- \node (max) at (0,4) {$\{1,2,3\}$};
- \node (a) at (-2,2) {$\{1,2\}$};
- \node (b) at (0,2) {$\{1,3\}$};
- \node (c) at (2,2) {$\{2,3\}$};
- \node (d) at (-2,0) {$\{1\}$};
- \node (e) at (0,0) {$\{2\}$};
- \node (f) at (2,0) {$\{3\}$};
- \node (min) at (0,-2) {$\{\emptyset\}$};
- \draw (min) -- (d) -- (a) -- (max) -- (b) -- (f)
- (e) -- (min) -- (f) -- (c) -- (max)
- (d) -- (b);
- \draw[preaction={draw=white, -,line width=6pt}] (a) -- (e) -- (c);
- \end{tikzpicture}
- \end{center}
- \caption{Hasse Diagramm für $P(X)$ mit $X:=\{1,2,3\}$}
- \label{hasse}
- \end{figure}
- Wir zeigen, dass $\abs{\mathcal{F}} \leq \tbinom {n}{\lfloor\frac{n}{2}\rfloor}$ stets gilt, da wir bereits wissen, dass nach \nameref{l422} kein $\abs{\mathcal{F'}} > \tbinom {n}{\lfloor\frac{n}{2}\rfloor}$ existiert.\\
- Wir betrachten \textit{Ketten} partieller Ordnung\footnote{\nameref{l421}} von Teilmengen von $X$ $$ \emptyset = K_0 \subseteq K_1 \subseteq K_2 \subseteq ... \subseteq K_n = X$$ mit $\abs{K_i} = i$ für $i:=\{0,1,...,n\}$.\\
- Beispielsweise ist
- \begin{equation}
- \emptyset \subseteq \{1\} \subseteq \{1,2\} \subseteq \{1,2,3\}
- \end{equation} eine solche Kette von Teilmengen von $X$ in \textit{Abbildung 2}.\\
- Sei $X$ eine endliche Menge mit $n:= \abs{X}$ und $\mathcal{F} \subseteq \mathcal{P}(X)$ ein Clutter.\\\\
- Zu zeigen: $\abs{\mathcal{F}} \leq \tbinom {n}{\lfloor\frac{n}{2}\rfloor}$\\
- $\rightarrow$ \textbf{\textit{Wie viele solcher (1) Ketten gibt es?}}\\
- Die Anzahl der möglichen Ketten entspricht der Anzahl an Permutationen von $X$, nämlich $n!$. Alternativ ließe sich die Anzahl der möglichen Pfade von '$\emptyset$' zu '$\{1,2,3\}$' gemäß \textit{Abbildung 2} illustrieren.\\\\
- Sei $A_k \subseteq \mathcal{P}(X)$ eine Teilmenge der Kardinalität $k$.\\
- $\rightarrow$ \textbf{\textit{Wie viele der $n!$ Ketten enthalten ein beliebiges $A \in \mathcal{F}$?}}\\
- $\Rightarrow k!(n-k)!$, denn konstruieren wir in Abbildung 2 einen Pfad von $\emptyset$ bis $K_k$, dann bleiben noch weitere $(n-k)!$ Möglichkeiten.\\
- Hier gilt insbesondere $A,B \in \mathcal{F}$ mit $A,B \in \mathcal{K} \Rightarrow A \subset B \vee B \subset A \lightning \mathcal{F}$ Clutter $\Rightarrow A,B \notin \mathcal{K}$.\\\\
- Sei nun $i_k$ die Anzahl der $k$-Teilmengen in $\mathcal{F}$.\\\\
- Damit gilt $$\abs{\mathcal{F}} = \sum_{k=0}^n i_k$$
- Aus der obigen Überlegung folgern wir die Anzahl der Ketten, die eine beliebige Menge aus $\mathcal{F}$ enthalten, $$\sum_{k=0}^n i_k k!(n-k)!$$
- Da dieser Term nicht mehr als die Anzahl aller Ketten sein kann, gilt:
- \begin{equation*}
- \sum_{k=0}^n i_k \frac{k!(n-k)!}{n!}\leq 1
- \Rightarrow
- \sum_{k=0}^n \frac{i_k}{\tbinom {n}{k}}\leq 1,
- \end{equation*}
- Nun ersetzen wir den Nenner durch den größten Binomialkoeffizienten\footnote{\nameref{l422}}:
- \begin{equation*}
- \frac{1}{\tbinom {n}{\lfloor\frac{n}{2}\rfloor}} \sum_{k=0}^n i_k \leq 1
- \Rightarrow
- \abs{\mathcal{F}} = \sum_{k=0}^n i_k \leq {\tbinom {n}{\lfloor\frac{n}{2}\rfloor}}.
- \end{equation*}\hfill$\square$
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