快樂結局問題,也稱為“快樂的結局問題”,是為了確定對於 使得在平面上處於一般位置(即,其中沒有三點是共線)的最小點數
的問題,這樣
個點的每一種可能的排列都將總是包含至少一組
個點,這些點是一個 凸多邊形 的
條邊的頂點。當兩位最初研究這個問題的研究者 Ester Klein 和 George Szekeres 訂婚並隨後結婚時,Erdős 給這個問題起了這個名字(Hoffman 1998, p. 76)。
由於三個非共線點總是確定一個三角形,所以 。
上面展示了 個點的隨機排列。請注意,對於上面第五和第八個圖中顯示的排列,不可能有凸四邊形,因此
必須大於 4。E. Klein 證明了
,透過展示任何五個點的排列都必然屬於三種情況之一(左上圖;Hoffman 1998, pp. 75-76)。
上面展示了 個點的隨機排列。請注意,對於上面第五個圖中顯示的排列,不可能有凸五邊形,因此
必須大於 8。E. Makai 證明了
,在證明對於八個點可以找到反例之後(右上圖;Hoffman 1998, pp. 75-76)。
隨著點的數量 的增加,為了檢視它們是否形成凸
邊形,需要檢查的
-子集 的數量
也隨著
而增加,因此組合爆炸阻止了對遠大於
的情況進行輕鬆研究。此外,引數空間變得如此之大,以至於即使對於
且
個點的情況,隨機搜尋反例也需要極長的時間。由於這些原因,一般問題仍然是開放的。
Szekeres 和 Peters (2006) 使用 1500 CPU 時的計算機搜尋證明了 ,該搜尋消除了 17 個點的所有可能配置,這些配置缺少凸六邊形,同時僅檢查了所有配置中的一小部分。Marić (2019) 和 Scheucher (2020) 獨立地驗證了
,在幾個 CPU 小時內使用了可滿足性 (SAT) 求解,Scheucher (2023) 後來將時間縮短到 10 CPU 分鐘,Heule 和 Scheucher (2024) 縮短到 8.53 CPU 秒。
因此, 對於
、4、5 和 6 的前幾個值分別是 3、5、9、17,這恰好是
。然而,
對於
的值是未知的。
Erdős 和 Szekeres (1935) 表明 總是存在,並推匯出界限
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(1)
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其中 是一個 二項式係數。對於
,此界限後來被簡化為
,其中
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(2)
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由 Chung 和 Graham (1998) 提出,,其中
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(3)
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由 Kleitman 和 Pachter (1998) 提出,以及 ,其中
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(4)
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由 Tóth 和 Valtr (1998) 提出。