diff --git a/ad/Uebungsblatt01.tex b/ad/Uebungsblatt01.tex index d44febe..886f3b4 100644 --- a/ad/Uebungsblatt01.tex +++ b/ad/Uebungsblatt01.tex @@ -8,6 +8,7 @@ \usepackage{paralist} \usepackage{gauss} \usepackage{pgfplots} +\usepackage{textcomp} \usepackage[locale=DE,exponent-product=\cdot,detect-all]{siunitx} \usepackage{tikz} \usetikzlibrary{matrix,fadings,calc,positioning,decorations.pathreplacing,arrows,decorations.markings} @@ -31,6 +32,27 @@ \maketitle \section{} %1 \subsection{} %a + $1 \prec \log\log n$, da keine Funktion langsamer wächst als eine konstante Funktion und jeder Logarithmus langsamer wächst als eine polynomielle Funktion. Der doppelte Logarithmus wächst noch langsamer als der einfache Logarithmus. + + $\log\log n \prec \log n$, da der einfache Logarithmus schneller wächst als der doppelte Logarithmus. + + $\log n \asymp \log(n^{3})$, da sich die beiden nur um einen konstanten Faktor $3$ unterscheiden. + + $\log(n^{3}) \prec \log(n^{\log n})$, da $\frac{\log n \cdot \log n}{3 \cdot \log n}$ gegen unendlich geht. + + $\log(n^{\log n}) \prec n^{0.01}$, da jeder Logarithmus langsamer wächst als eine polynomielle Funktion. + + $n^{0.01} \prec \sqrt{n}$, da $\frac{n^{0.5}}{n^{0.01}}$ nach dem Kürzen gegen unendlich geht. + + $\sqrt{n} \prec n \cdot \log n$, da $\frac{n \cdot \log n}{n^{0.5}}$ nach dem Kürzen gegen unendlich geht. + + $n \cdot \log n \prec n^{8}$, da $\frac{n^{8}}{n \cdot \log n}$ nach dem Kürzen gegen unendlich geht, weil jeder Logarithmus langsamer wächst als jede polynomielle Funktion. + + $n^{8} \prec 2^{n}$, da jede Exponentialfunktion schneller wächst als jede polynomielle Funktion. + + $2^{n} \prec n!$, da $\frac{n \cdot (n-1) \cdot ... \cdot 3 \cdot 2 \cdot 1}{2 \cdot 2 \cdot ... \cdot 2 \cdot 2 \cdot 2}$ ganz offensichtlich gegen unendlich geht. + + $n! \prec n^{n}$, da $\frac{n \cdot n \cdot n \cdot ... \cdot n \cdot n}{n \cdot (n-1) \cdot (n-2) \cdot ... \cdot 2 \cdot 1}$ ebenfalls gegen unendlich geht. \subsection{} %b \subsubsection{} %i Zu zeigen: für beliebige $b > 1$ gilt: $\log_{b}(n) \in \mathcal{\theta} (\log_{2}n)$\\ @@ -41,8 +63,40 @@ Der zweite Teil der Behauptung erfordert jedoch, dass $g$ in jedem Fall schneller als $f$ wächst. Dies steht aber im Widerspruch zu dem ersten Teil der Behauptung. Damit ist die Behauptung widerlegt. \subsubsection{} %iii + Behauptung: $f_{c}(n) \in \theta(n) \Leftrightarrow c = 1$.\\ + Dies ist einfach zu zeigen:\\ + \begin{alignat*}{2} + \sum\limits_{i=0}^{n} 1^{i} &=& 1 + 1 + 1 + ... + 1 = n + 1 + \end{alignat*} + Denn für $c=1$ werden einfach $n+1$ Einsen aufsummiert. Die Summe $n+1$ wächst asymptotisch genau so schnell wie $n$, da die Konstante $1$ vernachlässigt werden kann. + \section{} %2 \subsection{} %a + \underline{Behauptung:} $F_{n} \geq 2^{0.5n} : \forall n \geq 6$\\ + \underline{Induktionsanfang ($n = 6)$:}\\ + \begin{alignat*}{2} + F_{6} &=& F_{5} + F_{4} = 8\\ + F_{5} &=& F_{4} + F_{3} = 5\\ + F_{4} &=& F_{3} + F_{2} = 3\\ + F_{3} &=& F_{2} + F_{1} = 2\\ + F_{2} &=& F_{1} + F_{0} = 1 + \end{alignat*} + Daraus ergibt sich: $8 \geq 2^{0.5 \cdot 6} \Leftrightarrow 8 \geq 2^{3} \Leftrightarrow 8 \geq 8$. Damit ist die Behauptung für den Induktionsanfang gezeigt.\\ + \underline{Induktionsannahme:} $F_{n} \geq 2^{0.5n}$ gilt bis zu einem beliebig fest gewählten $n$.\\ + \underline{Zu zeigen:} $F_{n+1} \geq 2^{0.5 \cdot (n+1)}$ gilt.\\ + \underline{Induktionsschritt:}\\ + \begin{alignat*}{3} + F_{n+1} = F_{n} + F_{n-1} &\overset{IA}{\geq} & 2^{0.5n} + 2^{0.5 \cdot (n-1)} &\overset{!}{\geq}& 2^{0.5 \cdot (n+1)} \\ + && 2^{0.5n} + 2^{0.5n} \cdot 2^{-0.5} &\geq& 2^{0.5n} \cdot 2^{0.5} \\ + && 2^{0.5n} \cdot \left(1 + 2^{-0.5}\right) &\geq & 2^{0.5n} \cdot 2^{0.5} + \end{alignat*} + Nun muss nur noch $\left(1 + 2^{-0.5}\right)$ mit $2^{0.5}$ verglichen werden. Da beide Terme Konstanten sind, kann man einfach deren Werte ausrechnen und vergleichen. Daher ergibt sich folgendes: + \begin{alignat*}{2} + \left(1 + 2^{-0.5}\right) &\geq & 2^{0.5} \\ + \intertext{gerundet auf $5$ Nachkommastellen} + 1.70710 &\geq & 1.41421 + \end{alignat*} + Damit ist die Behauptung sowohl für den Induktionsanfang als auch für ein beliebiges $n$ gezeigt. \subsection{} %b \section{} %3 \subsection{} %a