Es simple ver que los poderes de 2 sobre el alfabeto {0,1} son regulares porque es una expresión regular para ello.
Pero los poderes de 2 representados en ternario parecen no ser regulares. El bombeo de clases de lema o residuos es difícil de aplicar, ya que parece haber muy poco patrón entre las cadenas. ¿Cómo lo resuelvo?
En general, para qué potencias de representan en la base , ¿es regular el conjunto?
automata-theory
fl.formal-languages
Tsuyoshi Ito
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Respuestas:
Aquí hay una solución alternativa (con explicación detallada) usando el Teorema de Myhill-Nerode. Usaré la base y 2 para la lectura, pero la prueba generaliza para las bases arbitrarias r , k que no son potencias del mismo número entero.3 2 r,k
(1) Muestre que, dada cualquier cadena ternaria , existe otra cadena y tal que x y es una potencia de 2 .x y x y 2
Prueba: Dada cualquier (dejando que n sea el número que representa), ∀ k y c ∈ { 0 , ... , 3 k - 1 } , existe y tal que x y representa 3 k n + c . De hecho, esto caracteriza todos los números que x y puede representar. Por lo tanto, encontrar el mínimo y tal que x y sea una potencia de 2 depende de encontrar el número entero más pequeño kX norte ∀ k c ∈ { 0 , ... , 3k- 1 } y x y 3kn+c xy y xy 2 k de modo que tengamos una potencia de en el intervalo [ 3 k n , 3 k ( n + 1 ) - 1 ] . Tomando log base 2 , necesitamos encontrar k tal que tengamos un número entero en el intervalo [ k log 3 + log x , k log 3 + log ( x + 1 ) ] (dejando caer el - 12 [3kn,3k(n+1)−1] 2 k [klog3+logx,klog3+log(x+1)] −1 aquí es dudoso, pero simplifica los cálculos que no dependen de él). Tenga en cuenta que cambiar solo afecta a la porción k log 3 , por lo que podemos encontrar una k que nos acerque arbitrariamente a algún número entero.k klog3 k
(2) Dada algo de y el mínimo y correspondiente , demuestre que existe una cadena x 'tal que el mínimo y correspondiente ' debe ser mayor que y . Repetir esto nos da infinitamente muchas clases de cadenas de equivalencia.X y y′ y
Esquema de prueba: Dado que , dada una x y sus correspondientes y y k siempre podemos encontrar algunos x ′ = 2 m x donde log ( 2 m x + 1 ) - log ( 2 m x ) es lo suficientemente pequeño como para no contener ningún número entero en [ k log 3 + m + log x ,Iniciar sesión2metrox = m + logX X y k X′= 2metroX Iniciar sesión( 2metrox + 1 ) - registro( 2metrox ) . Tenga en cuenta que estamos usando implícitamente el hecho de que k log 3 + log x nunca puede ser un número entero.[ k log3 + m + logx , k log3 + registro( 2metrox + 1 ) ] k log3 + registroX
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Su pregunta es un subcampo del Teorema de Cobham (Alan Cobham, Sobre la dependencia básica de conjuntos de números reconocibles por autómatas finitos, Theory of Computing Systems 3 (2): 186--192, 1969, doi: 10.1007 / BF01746527 ):
Aquí, por multiplicativamente independiente, uno significa que no existe un valor distinto de cero y q tal que m p = n q . Cobham cita a Büchi para su caso específico de poderes de algunos k en la base r , que es reconocible solo si k y r son dependientes multiplicativamente .pags q metropags= nq k r k r
Si está interesado en este resultado, hay una encuesta bastante agradable de Véronique Bruyère, Georges Hansel, Christian Michaux y Roger Villemaire (Lógica y conjuntos de enteros reconocibles por , Boletín de la Sociedad Matemática Belga 1 (2), 1994, PDF ), que también muestra la relación con la aritmética de Presburger.pags
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El lema de bombeo implica que hay una secuencia como para algunos b , c , d , de modo que cada x n es una potencia de k . Entonces log k ( x n ) = d n log k ( r ) + c o n s t +Xnorte= c + b ( rrenorte- 1 ) / ( rre- 1 ) b , c , d Xnorte k es siempre un número entero, por lo que log k ( r ) es racional.Iniciar sesiónk( xnorte) = dn logk( r ) + c o n s t + o ( 1 ) Iniciar sesiónk( r )
Aquí hay una explicación de esa fórmula para . El lema de bombeo da las cadenas u , v , w de modo que cada cadena x n = u v n w es una potencia de k . Interpretación de estas cadenas como números y la escritura d y e para las longitudes de v y w respectivamente, x n = u r d n + e + v r d ( n - 1 )xn u,v,w xn=uvnw k d e v w es una potencia ded. Entonces
x n - x n - 1 =(u r d -u+v) r d ( n - 1 ) + e . Escribirb=(u r d -uxn=urdn+e+vrd(n−1)+e+vrd(n−2)+e+⋯+vre+w d xn−xn−1=(urd−u+v)rd(n−1)+e y c = x 0 - b tenemos x n = c + b ( r d n - 1 ) / ( r d - 1 ) .b=(urd−u+v)re c=x0−b xn=c+b(rdn−1)/(rd−1)
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SeaL el conjunto de potencias de 2 codificadas en la base 3. La codificación de 4n en la base 3 termina con 1, mientras que la codificación de 2⋅4n en la base 3 termina con 2. Por lo tanto, L′=L∩Σ∗1 es la codificación de todos los poderes de 4.
La codificación de un enterom>0 en la base 3 toma ⌈log3(m+1)⌉ dígitos. Como ni 4n ni 4n+1 son potencias de 3 para n>0 (dado que ninguno es divisible por 3), la codificación de 4n toma ⌊log34n⌋+1 dígitos.
DejeN={⌊log34n⌋:n≥0} (esta es una secuencia Beatty ). Supongamos que L fuera regular. Entonces también lo sería L′ . Esto implica que el conjunto de longitudes de palabras en L′ es eventualmente periódico, por lo que N es eventualmente periódico. En particular, N tendría densidad racional asintótica. Sin embargo, N tiene densidad asintótica 1/log34 , lo cual es irracional.
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