A regularidade de idiomas unários com palavras possui a soma de dois resp. três quadrados


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Penso nas línguas unárias , onde é um conjunto de todas as palavras cujo comprimento é a soma dos quadrados. Formalmente: É fácil mostrar que não é regular (por exemplo, com Pumping-Lemma). Além disso, sabemos que cada número natural é a soma de quatro quadrados, o que implica que para todas as línguas são regulares desde .L k k L k = { a n ∣ n = k ∑ i = 1 n i 2 ,LkLkkL 1 = { a n 2 ∣ n ∈ N 0 } k ≥ 4 L k L k = L ( a ∗ )

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

Agora, estou interessado nos casos e :k = 3k=2k=3

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

Infelizmente, não sou capaz de mostrar se essas línguas são regulares ou não (mesmo com a ajuda do teorema dos três quadrados de Legendre ou do teorema de Fermat em somas de dois quadrados ).

Tenho certeza de que pelo menos não é regular, mas infelizmente o pensamento não é uma prova. Qualquer ajuda?L2


Talvez nossas perguntas de referência ( regulares , não regulares ) tenham indicadores úteis.
— Raphael

Respostas:


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Vamos começar com . Sabe-se que a densidade superior de números inteiros, que é a soma de dois quadrados, é 0. Se fosse regular, seria eventualmente periódica e, portanto, uma vez que sua densidade superior é 0, finita. Mas sabemos que existem inteiros arbitrariamente grandes em , de modo que não pode ser regular.L2L2L2L2

Em relação a , considere as palavras . que para , as palavras são diferentes. De fato, enquanto . O critério Myhill – Nerode mostra então que é irregular.w k = 1 4 K 7 K < ℓ w k , w ℓ w k 1 4 k 8 ∉ L 3 w ℓ 1 4 K 7 ∈ L 3 L 3L3wk=14k7k<ℓwk,wℓwk14k8∉L3wℓ14k7∈L3L3


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Suponha que seja regular. O mesmo vale para o complemento, que pelo teorema de três quadrados de Legendre é . Pelo teorema de Parikh , isso implicaria que o conjunto de comprimentos é semi-linear, isto é, uma união finita dos conjuntos lineares .L3{an | n=4k(8l+7),k,l∈N}S={4k(8l+7) | k,l∈N}⋃i=1NSiSi={ai+rbi | r∈N}

Considere dois elementos com e deixe . Se estiverem no mesmo , também será ou (dependendo de ou ). Mass1=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) , onde ,l′=4r−1(8l1+7)−l2
  • l ′ = 2 l 2 - 4 r l 12(4k2(8l2+7))−(4k1(8l1+7))=4k2(8l′−7∗4r+14) , onde .l′=2l2−4rl1

Nenhum deles está em , então teria que estar em diferentes membros do sindicato. Mas isso é impossível, pois é uma união finita e existem infinitamente muitos diferentes .s 1 , s 2 S kSs1,s2Sk

Portanto, não é regular.L3

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