Плоские разбиения и знакочередующиеся матрицы. Лекция 1

Разобьем натуральное число на слагаемые и запишем эти слагаемые в клетках прямоугольной таблицы так, чтобы они нестрого убывали по строчкам и столбцам. Полученный объект называется плоским разбиением (plane partition). Плоские разбиения удобно представлять себе как башни из детских кубиков (трёхмерные диаграммы Юнга): для этого каждое слагаемое нужно заменить на столбик кубиков соответствующей высоты. Производящая функция для количества плоских разбиений числа $n$ была вычислена П. Макмагоном в конце XIX в. Она обобщает знаменитую производящую функцию Эйлера для числа разбиений (т.е. обычных диаграмм Юнга).
Знакочередующиеся матрицы (alternating sign matrices) – это квадратные матрицы, все элементы которых равны $0$, $1$ или $-1$, причём в каждой строке и каждом столбце $1$ и $-1$ чередуются, а единиц на одну больше, чем минус единиц. В частности, все матрицы перестановок являются знакочередующимися. Знакочередующиеся матрицы были введены У. Миллсом, Д. Роббинсом и Г. Рамси в начале 1980-х годов для решения задач статистической механики – для описания так называемой модели квадратного льда. Они же сформулировали гипотезу о числе таких матриц.
Эта гипотеза была доказана Зейльбергером и Купербергом в начале 1990-х годов. Замечательным образом оказалось, что число знакочередующихся матриц равняется числу плоских разбиений, удовлетворяющих некоторым дополнительным условиям симметрии. Мы обсудим это утверждение, а также рассмотрим ряд других задач из алгебры, теории представлений и комбинаторики, в которых возникают плоские разбиения.