সমস্ত আদিম শব্দগুলির সেটটি কি প্রধান ভাষা?


17

একটি শব্দ Ww বলা হয় আদিম , যদি সেখানে কোন শব্দ নেই বনামv এবং > 1k>1 যাতে W = V w=vk । সেট প্রশ্নQ একটি বর্ণমালা সব আদিম শব্দের ΣΣ একটি সুপরিচিত ভাষা। WLOG আমরা নির্বাচন করতে পারবেন Σ = { একটি , }Σ={a,b}

একটি ল্যাঙ্গুয়েজ এলL হয় মৌলিক , যদি প্রত্যেক ভাষার জন্য একটিA এবং বিB সঙ্গে এল = একটি বিL=AB আমরা আছে একটি = { ε }A={ϵ} বা বি = { ε }B={ϵ}

কিউ প্রাইম?

একটি স্যাট সাহায্যে সমাধানকারী আমি দেখাতে পারে যে, আমরা পারেন সঙ্গে { একটি , } একজন{a,b}A বা { একটি , } বি{a,b}B অন্যথায় { একটি একটি একটি , একটি একটি } প্রশ্ন{ababa,babab}Q মধ্যে factorized করা যাবে না A এবং বিB , তবে তখন থেকেই আটকে আছে।

উত্তর:


13

উত্তরটি হল হ্যাঁ. মনে করুন আমাদের একটি গুণক প্রশ্ন রয়েছে = = A BQ=AB

এক সহজ পর্যবেক্ষণ করে একটিA এবং বিB অসংলগ্ন করা হতে হবে (যেহেতু জন্য W একটি বিwAB আমরা পেতে W 2প্রশ্নw2Q )। বিশেষ করে, মাত্র এক একজন , বিA,B ধারণ করতে পারে εϵ । আমরা ওয়েলগ ধরে নিতে পারি (যেহেতু অন্য কেসটি সম্পূর্ণ প্রতিসাম্যযুক্ত) যা ϵ বিϵB । তারপরে যেহেতু aa এবং bb খালি খালি কারণগুলির মধ্যে ফ্যাক্টর করা যায় না, তাই আমাদের অবশ্যই a , b A থাকতে হবেa,bA

পরবর্তী আমরা পেতে যে একটি মিটার এনএকটিambnA (এবং, সম্পূর্ণ অনুরূপভাবে, মি একটি এনএকটিbmanA ) সব জন্য মি , এন > 0m,n>0 আনয়ন করে মিm :

জন্য মি = 1m=1 , যেহেতু একটি এনপ্রশ্নabnQ , আমরা থাকতে হবে একটি এন = U vabn=uv সঙ্গে তোমার দর্শন লগ করা একজন , ভি বিuA,vB । যেহেতু আপনি ϵuϵ , vv অবশ্যই কিছু কে n এর জন্য বি কেbk হতে হবে । তবে যদি কে > 0 , তবে যেহেতু আমরা 1 + কেকিউ ভি = পেয়েছিknk>0bAb1+kQ , বৈপরীত্য। সুতরাং ϵv=ϵ , এবং একটি nabnA

প্রস্তাবনামূলক পদক্ষেপ স্বরূপ, যেহেতু একটি মি + + 1এনপ্রশ্নam+1bnQ আমরা আছে একটি মি + + 1এন = U vam+1bn=uv সঙ্গে তোমার দর্শন লগ করা একজন , ভি বিuA,vB । আবার যেহেতু তোমার দর্শন লগ করা εuϵ , আমরা হয় আছে বনাম = একটি এনv=akbn কিছু 0 < < মি + + 10<k<m+1 , বা বনাম = v=bk কিছু < এনk<n । তবে আগের ক্ষেত্রে, ভিv ইতিমধ্যে রয়েছেAA by the induction hypothesis, so v2Qv2Q, contradiction. In the latter case, we must have k=0k=0 (i.e. v=ϵv=ϵ) since from bAbA we get b1+kQb1+kQ. So u=am+1bnAu=am+1bnA.

Now consider the general case of primitive words with rr alternations between aa and bb, i.e. ww is either am1bn1amsbnsam1bn1amsbns, bm1an1bmsansbm1an1bmsans (for r=2s1r=2s1), am1bn1ams+1am1bn1ams+1, or bm1an1bms+1bm1an1bms+1 (for r=2sr=2s); we can show that they are all in AA using induction on rr. What we did so far covered the base cases r=0r=0 and r=1r=1.

For r>1r>1, we use another induction on m1m1, which works very much the same way as the one for r=1r=1 above:

If m1=1m1=1, then w=uvw=uv with uA,vBuA,vB, and since uϵuϵ, vv has fewer than rr alternations. So vv (or its root in case vv itself is not primitive) is in AA by the induction hypothesis on rr for a contradiction as above unless v=ϵv=ϵ. So w=uAw=uA.

If m1>1m1>1, in any factorization w=uvw=uv with uϵuϵ, vv either has fewer alternations (and its root is in AA unless v=ϵv=ϵ by the induction hypothesis on rr), or a shorter first block (and its root is in A unless v=ϵv=ϵ by the induction hypothesis on m1m1). In either case we get that we must have v=ϵv=ϵ, i.e. w=uAw=uA.


The case of Q:=Q{ϵ}Q:=Q{ϵ} is rather more complicated. The obvious things to note are that in any decomposition Q=ABQ=AB, both AA and BB must be subsets of QQ with AB={ϵ}AB={ϵ}. Also, a,ba,b must be contained in ABAB.

With a bit of extra work, one can show that aa and bb must be in the same subset. Otherwise, assume wlog that aAaA and bBbB. Let us say that wQwQ has a proper factorization if w=uvw=uv with uA{ϵ} and vB{ϵ}. We have two (symmetric) subcases depending on where ba goes (it must be in A or B since it has no proper factorization).

  • If baA, then aba has no proper factorization since ba,aB. Since abaA would imply ababAB, we get abaB. As a consequence, bab is neither in A (which would imply bababaAB) nor in B (which would imply ababAB). Now consider the word babab. It has no proper factorization since babAB and abab,baba are not primitive. If bababA, then since abaB we get (ba)4AB; if bababB, then since aA we get (ab)3AB. So there is no way to have bababAB, contradiction.
  • The case baB is completely symmetric. In a nutshell: bab has no proper factorization and cannot be in B, so it must be in A; therefore aba cannot be in A or B; therefore ababa has no proper factorization but also cannot be in either A or B, contradiction.

I am currently not sure how to proceed beyond this point; it would be interesting to see if the above argument can be systematically generalized.


Wow, you have my respect. I'll go through it later today or tomorrow as I don't have time right now, but I am seriously impressed :) It took me a few hours to get that {a, b} are in A but I didn't exploit that \epsilon is not a primitive word. How did you approach this problem (or was it "just do it"?)? How long did it take you to come up with that proof?
Henning

Thanks! I got the main idea (showing that any nonempty proper suffix of words must be in A) by thinking about what happens to some "simple" words. ϵ,a, and b were relatively straightforward, an or bn were out of the question, and considering ab,abb,abbb, got me on the right path.
Klaus Draeger

4
Your proof is beautiful and not as hard as I thought (I feel quite stupid now, I spent some time thinking about it). However it seems to heavily relay on epsilon not being element of Q. Is Q{ϵ} also prime?
Henning

1
Good question! I'll have to get back to you on that one.
Klaus Draeger

2
Thanks for the comments, and sorry for the delay. The case where we want to include the empty word seems to be more complicated, see update.
Klaus Draeger
আমাদের সাইট ব্যবহার করে, আপনি স্বীকার করেছেন যে আপনি আমাদের কুকি নীতি এবং গোপনীয়তা নীতিটি পড়েছেন এবং বুঝতে পেরেছেন ।
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.