Small asymmetric sumsets in elementary abelian 2-groups

Let A and B be subsets of an elementary abelian 2-group G, none of which are contained in a coset of a proper subgroup. Extending onto potentially distinct summands a result of Hennecart and Plagne, we show that if |A+B|<|A|+|B|, then either A+B=G, or the complement of A+B in G is contained in a coset of a subgroup of index at least 8, whence |A+B| is at least 7/8 |G|. We indicate conditions for the containment to be strict, and establish a refinement in the case where the sizes of A and B differ significantly.Comment: 6 page

Roth's theorem for four variables and additive structures in sums of sparse sets

We show that if a subset A of {1,...,N} does not contain any solutions to the equation x+y+z=3w with the variables not all equal, then A has size at most exp(-c(log N)^{1/7}) N, where c > 0 is some absolute constant. In view of Behrend's construction, this bound is of the right shape: the exponent 1/7 cannot be replaced by any constant larger than 1/2. We also establish a related result, which says that sumsets A+A+A contain long arithmetic progressions if A is a subset of {1,...,N}, or high-dimensional subspaces if A is a subset of a vector space over a finite field, even if A has density of the shape above.Comment: 23 page

Entropy and set cardinality inequalities for partition-determined functions

A new notion of partition-determined functions is introduced, and several basic inequalities are developed for the entropy of such functions of independent random variables, as well as for cardinalities of compound sets obtained using these functions. Here a compound set means a set obtained by varying each argument of a function of several variables over a set associated with that argument, where all the sets are subsets of an appropriate algebraic structure so that the function is well defined. On the one hand, the entropy inequalities developed for partition-determined functions imply entropic analogues of general inequalities of Pl\"unnecke-Ruzsa type. On the other hand, the cardinality inequalities developed for compound sets imply several inequalities for sumsets, including for instance a generalization of inequalities proved by Gyarmati, Matolcsi and Ruzsa (2010). We also provide partial progress towards a conjecture of Ruzsa (2007) for sumsets in nonabelian groups. All proofs are elementary and rely on properly developing certain information-theoretic inequalities.Comment: 26 pages. v2: Revised version incorporating referee feedback plus inclusion of some additional corollaries and discussion. v3: Final version with minor corrections. To appear in Random Structures and Algorithm

Additive Combinatorics: A Menu of Research Problems

This text contains over three hundred specific open questions on various topics in additive combinatorics, each placed in context by reviewing all relevant results. While the primary purpose is to provide an ample supply of problems for student research, it is hopefully also useful for a wider audience. It is the author's intention to keep the material current, thus all feedback and updates are greatly appreciated.Comment: This August 2017 version incorporates feedback and updates from several colleague

Energies and structure of additive sets

In the paper we prove that any sumset or difference set has large E_3 energy. Also, we give a full description of families of sets having critical relations between some kind of energies such as E_k, T_k and Gowers norms. In particular, we give criteria for a set to be a 1) set of the form H+L, where H+H is small and L has "random structure", 2) set equals a disjoint union of sets H_j, each H_j has small doubling, 3) set having large subset A' with 2A' is equal to a set with small doubling and |A'+A'| \approx |A|^4 / \E(A).Comment: 52 page

Probabilistic and extremal studies in additive combinatorics

The results in this thesis concern extremal and probabilistic topics in number theoretic settings. We prove sufficient conditions on when certain types of integer solutions to linear systems of equations in binomial random sets are distributed normally, results on the typical approximate structure of pairs of integer subsets with a given sumset cardinality, as well as upper bounds on how large a family of integer sets defining pairwise distinct sumsets can be. In order to prove the typical structural result on pairs of integer sets, we also establish a new multipartite version of the method of hypergraph containers, generalizing earlier work by Morris, Saxton and Samotij.L'objectiu de la combinatòria additiva “històricament també anomenada teoria combinatòria de nombres” és la d’estudiar l'estructura additiva de conjunts en determinats grups ambient. La combinatòria extremal estudia quant de gran pot ser una col·lecció d'objectes finits abans d'exhibir determinats requisits estructurals. La combinatòria probabilística analitza estructures combinatòries aleatòries, identificant en particular l'estructura dels objectes combinatoris típics. Entre els estudis més celebrats hi ha el treball de grafs aleatoris iniciat per Erdös i Rényi. Un exemple especialment rellevant de com aquestes tres àrees s'entrellacen és el desenvolupament per Erdös del mètode probabilístic en teoria de nombres i en combinatòria, que mostra l'existència de moltes estructures extremes en configuracions additives utilitzant tècniques probabilistes. Tots els temes d'aquesta tesi es troben en la intersecció d'aquestes tres àrees, i apareixen en els problemes següents. Solucions enteres de sistemes d'equacions lineals. Els darrers anys s'han obtingut resultats pel que fa a l’existència de llindars per a determinades solucions enteres a un sistema arbitrari d'equacions lineals donat, responent a la pregunta de quan s'espera que el subconjunt aleatori binomial d'un conjunt inicial de nombres enters contingui solucions gairebé sempre. La següent pregunta lògica és la següent. Suposem que estem en la zona en que hi haurà solucions enteres en el conjunt aleatori binomial, com es distribueixen aleshores aquestes solucions? Al capítol 1, avançarem per respondre aquesta pregunta proporcionant condicions suficients per a quan una gran varietat de solucions segueixen una distribució normal. També parlarem de com, en determinats casos, aquestes condicions suficients també són necessàries. Conjunts amb suma acotada. Què es pot dir de l'estructura de dos conjunts finits en un grup abelià si la seva suma de Minkowski no és molt més gran que la dels conjunts? Un resultat clàssic de Kneser diu que això pot passar si i només si la suma de Minkowski és periòdica respecte a un subgrup propi. En el capítol 3 establirem dos tipus de resultats. En primer lloc, establirem les anomenades versions robustes dels teoremes clàssics de Kneser i Freiman. Robust aquí es refereix al fet que en comptes de demanar informació estructural sobre els conjunts constituents amb el coneixement que la seva suma és petita, només necessitem que això sigui vàlid per a un subconjunt gran passa si només volem donar una informació estructural per a gairebé tots els parells de conjunts amb una suma d'una mida determinada? Donem un teorema d'estructura aproximat que s'aplica a gairebé la majoria dels rangs possibles per la mida dels conjunts suma. Sistemes de conjunts de Sidon. Les preguntes clàssiques sobre els conjunts de Sidon són determinar la seva mida màxima o saber quan un conjunt aleatori és un conjunt de Sidon. Al capítol 4 generalitzem la noció de conjunts de Sidon per establir sistemes i establim els límits corresponents per a aquestes dues preguntes. També demostrem un resultat de densitat relativa, resultat condicionat a una conjectura sobre l'estructura específica dels sistemes màxims de Sidon. Conjunts independents en hipergrafs. El mètode dels contenidors d'hipergrafs és una eina general que es pot utilitzar per obtenir resultats sobre el nombre i l'estructura de conjunts independents en els hipergrafs. La connexió amb la combinatòria additiva apareix perquè molts problemes additius es poden codificar com l'estudi de conjunts independents en hipergrafs.Postprint (published version

Approximate groups and doubling metrics

We develop a version of Freiman's theorem for a class of non-abelian groups, which includes finite nilpotent, supersolvable and solvable A-groups. To do this we have to replace the small doubling hypothesis with a stronger relative polynomial growth hypothesis akin to that in Gromov's theorem (although with an effective range), and the structures we find are balls in (left and right) translation invariant pseudo-metrics with certain well behaved growth estimates. Our work complements three other recent approaches to developing non-abelian versions of Freiman's theorem by Breuillard and Green, Fischer, Katz and Peng, and Tao.Comment: 21 pp. Corrected typos. Changed title from `From polynomial growth to metric balls in monomial groups