3のべき乗の2進数表現全体は正規表現で書ける?
- 2のべき数については正規表現で表せるが、2のべき数以外の場合は存在するか疑問がある
- x=3や5で小さい方から20個程べき数を列挙し、受理する有限オートマトンを作ったがうまくいかなかった
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3のべき乗の2進数表現全体は正規表現で書ける?
オートマトン理論の本の練習問題を解いていて以下のような疑問に行き当たりました。 アルファベット{0, 1}上の語を2進数とみなすとき、 2のべき数については 2のべき乗の2進数表現の全体 -> 10* 4のべき乗の2進数表現の全体 -> 1(00)* 8のべき乗の2進数表現の全体 -> 1(000)* ... というように正規表現で書くことができますが、「xのべき乗」のxが2のべき数以外のときにこのように正規表現で表せる場合は存在するのでしょうか? とりあえずx=3や5で小さい方から20個程べき数を列挙し、それらを受理する有限オートマトンを作ろうとしたのですが、私の能力では出来ませんでした。そこで不可能であることを証明することに方針を変えたのですが、そちらもまだ出来ないでおります。 どなたかこの問題を御教示いただけないでしょうか。 どうぞよろしくお願いいたします。
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すみません, #2 ははずしています. もっと簡単に行けます(たぶん). 以下は証明の概略: {0, 1}上の語 w に対し w が表す 2進数を N(w), ビット数を |w| で表すことにします. 「3のべきを表す正規表現」が存在すると仮定すると, Pumping Lemma から「uv^iw (i ≧ 1 かつ |v| ≧ 1) が全て 3のべきであるような u, v, w」が存在します. そこで N(uvw) = 3^m, N(uv^2w) = 3^n とおきます. すると N(uv^3w) = 3^n + (3^n-3^m)2^|v| と書けますが, この右辺は 3^n で割り切れず, したがって 3のべきではありえません.
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- Tacosan
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そんな感じです. もっと一般化すると {0, 1, ..., p-1}上の語を p進数とみなしたときに「q のべきを表す正規表現」が存在するかどうか が log[p] q が有理数かどうか で判定できる, と. p, q によっては「p のべきが q のべきで割り切れる」という状況が考えられるので, #3 のようにはいきません.
お礼
再三の御教示をありがとうございます。 基数を一般化するとまたいくらか(?)難しくなるわけですか。教えていただいたことをもとに自分なりの証明を考えてみたい思います。
- Tacosan
- ベストアンサー率23% (3656/15482)
たぶん, log[2] 3 (2 を底とする 3 の対数) が無理数であることを背景に Pumping Lemma. 実際には log[2] 3 は超越数ですが, この証明ではそこまでは要求しないと思います.
お礼
>log[2] 3 (2 を底とする 3 の対数) が無理数 なるほど!光明が見えた気がしました。 御教示どうもありがとうございました。
- info22
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>3のべき乗の2進数表現全体は正規表現で書ける? 3,3^2,3^3など簡単な例ならやれるでしょうからやってみてください。 ダメなこと位すぐ分かりませんか? なので、全体でも書けないといえますね! 3のべき乗の3進数表現全体は正規表現や 9のべき乗の3進数表現全体は正規表現や 27のべき乗の3進数表現全体は正規表現 ... なら書けるでしょう。 一般に xのべき乗のx進数表現全体は正規表現や x^2のべき乗のx進数表現全体は正規表現や x^3のべき乗のx進数表現全体は正規表現 ... なら書けるでしょう。
お礼
御投稿ありがとうございます。 >ダメなこと位すぐ分かりませんか? >なので、全体でも書けないといえますね! 3のべき乗の2進数表現全体を正規表現で書く(あるいはそれを受理する有限オートマトンを作る)ことは出来ない、ということでしょうか。私の予想もそうなのですが、だとするとそれはどのように証明すればいいのでしょうか。 >一般に >xのべき乗のx進数表現全体は正規表現や >x^2のべき乗のx進数表現全体は正規表現や >x^3のべき乗のx進数表現全体は正規表現 >... >なら書けるでしょう。 xの0乗(のx進表現)=1、x倍する=x進で1桁上がる(0が1つ増える)、よってxのべき乗のx進数表現全体は正規表現10*で表せる、といった具合ですね。
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