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Representing polyhedra by few polynomial inequalities

Bosse, Hartwig W.

Diese Dissertation präsentiert neue Ergebnisse sowohl in der reellen algebraischen Geometrie als auch in der Polyedertheorie. Das Hauptresultat ist der konstruktive Beweis, dass jedes d-dimensionale Polyeder durch höchstens 2d Polynomungleichungen beschreibbar ist. Für die entsprechenden Polynome wird ein Konstruktionsalgorithmus explizit angegeben. Als Folge ergeben sich: Jeder d-dimensionale polyedrische Kegel kann durch 2d-2 Polynomungleichungen beschrieben werden, und jedes beschränkte, d-dimensionale Polytop kann durch 2d-1 Polynomungleichungen beschrieben werden. Für beide Fälle liefert die Arbeit entsprechende Konstruktionsalgorithmen. In jedem der Fälle ist die Anzahl der konstruierten Polynome nah an der untereren Schranke: Um ein d-dimensionales Polyeder darzustellen, das eine Ecke besitzt, werden mindestens d Polynomungleichungen benötigt.
This work presents results in the field of real algebraic geometry as well as in the theory on polyhedra. The main result is that every d-dimensional polyhedron can be described by at most 2d polynomial inequalities and, moreover, an explicit construction for these polynomials is provided. It is also shown that for any d-dimensional pointed polyhedral cone there is a description using (2d-2) polynomial inequalities, and that for bounded polyhedra there is a representation involving 2d-1 polynomial inequalities. A construction for the necessary polynomials is provided for both cases. In each case, the number of polynomials constructed is close to the lower bound: To represent a d-dimensional polyhedron containing a vertex, at least d polynomial inequalities are needed.