Регулярність одинарних мов із довжиною слова сума двох респ. три квадрати


9

Я думаю про одинарні мови , де встановлюється з усіх слів, довжина яких є сумою квадратів. Формально: Неважко показати, що не є регулярним (наприклад, з Pumping-Lemma). Далі ми знаємо, що кожне натуральне число - це сума чотирьох квадратів, що означає, що для всі мови є регулярними, оскільки .LkLkk

Lk={an∣n=∑i=1kni2,ni∈N0(1≤i≤k)}
L1={an2∣n∈N0}
k≥4LkLk=L(a∗)

Тепер мене цікавлять випадки і k = 3 :k=2k=3

L2={an12+n22∣n1,n2∈N0} , L3={an12+n22+n32∣n1,n2,n3∈N0} .

На жаль, я не в змозі показати, чи є ці мови регулярними чи ні (навіть за допомогою триквадратичної теореми Лежандра або теореми Ферма про суми двох квадратів ).

Я майже впевнений, що принаймні L2 не є регулярним, але нещасливе мислення не є доказом. Будь-яка допомога?


Можливо, наші довідкові запитання ( звичайні , не регулярні ) мають корисні вказівки.
— Рафаель

Відповіді:


8

Почнемо з . Відомо, що верхня щільність цілих чисел, яка є сумою двох квадратів, дорівнює 0. Якби були правильними, то це було б з часом періодично, і так, оскільки його верхня щільність дорівнює 0, кінцева. Але ми знаємо, що у довільно великі цілі числа , так що не може бути регулярним.L2L2L2L2

Щодо , розглянемо слова . Я стверджую, що для слова нееквівалентні. Дійсно, а . Критерій Міхілла-Нерода показує, що є неправильним.L3wk=14k7k<ℓwk,wℓwk14k8∉L3wℓ14k7∈L3L3


5

Припустимо, регулярний. Тоді так є його доповнення, яке за триквадральною теоремою Легенда є . За теоремою Париха це означає, що множина довжин є напівлінійною, тобто кінцевим об'єднанням лінійних множин .L3{an | n=4k(8l+7),k,l∈N}S={4k(8l+7) | k,l∈N}⋃i=1NSiSi={ai+rbi | r∈N}

Розглянемо два елементи з , і нехай . Якщо обидва в одному , то це так само або (залежно від того, чи ). Алеs1=4k1(8l1+7),s2=4k2(8l2+7)∈Sk1>k2r:=k1−k2s1,s2Si2s1−s22s2−s1s1<s2s1>s2

  • 2(4k1(8l1+7))−(4k2(8l2+7))=4k2(8l′−7) , де ,l′=4r−1(8l1+7)−l2
  • 2(4k2(8l2+7))−(4k1(8l1+7))=4k2(8l′−7∗4r+14) , де .l′=2l2−4rl1

Жоден з них не є в , тому повинні були бути в різних членах спілки. Але це неможливо, оскільки - кінцевий союз, і існує нескінченно багато різних .Ss1,s2Sk

Тому не є регулярним.L3

Використовуючи наш веб-сайт, ви визнаєте, що прочитали та зрозуміли наші Політику щодо файлів cookie та Політику конфіденційності.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.