A idéia básica é que, em um idioma construído em um alfabeto de uma letra, cada palavra suficientemente longa seja uma concatenação de palavras mais curtas. Portanto, quando você pega uma palavra em , ou seja, uma concatenação de palavras em , existe um central, tal que é uma concatenação de palavras em . Assim, . Acontece que é finito, portanto, e são regulares.L ∗ L ˚ L w ˚ L L ∗ = ˚ L ∗ ˚ L L ∗wL∗LL˚wL˚L∗=L˚∗L˚L∗
Deixe- ser um subconjunto de e uma palavra em . pode ser expresso como uma concatenação de palavras em iffpode ser expresso como uma soma de elementos de , onde é o conjunto de comprimentos de palavras . Assim, o problema se reduz à expressão de um número inteiro como uma soma de números inteiros em um conjunto específico (com repetições permitidas): canser expresso como com e ?L w L w L | w | S ⊂ N S M | w | k 1 s 1 + … + k m s m ∀ i , s i ∈ S k 1 ∈ NMLwLwL|w|S⊂NSM|w|k1s1+…+kmsm∀i,si∈Sk1∈N
Esse é um problema bem conhecido em aritmética, e a resposta é que, se os coeficientes puderem ser negativos ( ),é exprimível sse é um múltiplo do máximo divisor comum dos elementos de : . Com a exigência de coeficientes não negativos, isso ainda é válido para suficientemente grandes .k i ∈ Z | w | S gcd S | w |(ki)ki∈Z|w|SgcdS|w|
Considere a sequência infinita definida por . Essa é uma sequência decrescente de números inteiros (iniciando com , portanto é constante após um certo índice ; e No teorema chinês restante, todo elemento de pode ser expresso como com e . Se e , você pode selecionar todos os coeficientes não negativos. g i = gcd ( S ∩ [ 0 , i ] ) g min S = min S j g j = gcd S S k 1 s 1 + … + k m s m ∀ i , k i ∈ Z { s 1 , … , s m(gi)i≥minSgi=gcd(S∩[0,i])gminS=minSjgj=gcdSSk1s1+…+kmsm∀i,ki∈Z{s1,…,sm}=S∪[0,j]x∈Sx≥s1⋅…⋅sm
Aritmética suficiente. Vamos . Cada palavra em pode ser expressa como uma concatenação de palavras em cujo comprimento é no máximo , ou seja, . Como também temos , temos , que é regular, pois é finito e, portanto, regular.L˚={w∈L∣|w|≤gj}LLgjL⊆L˚∗L˚⊆LL∗=L˚∗L˚
Como alternativa, use a caracterização de idiomas regulares em alfabetos de uma letra .