모든 기본 단어 집합이 주요 언어입니까?


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단어 와 이 없으면 되도록 단어 를 primitive 라고 합니다. 알파벳 위에있는 모든 기본 단어 의 집합 는 잘 알려진 언어입니다. WLOG 선택할 수 있습니다 .wwvvk>1k>1w=vkw=vkQQΣΣΣ={a,b}Σ={a,b}

모든 언어 및 에 대해 또는 인 경우 언어 이 소수 입니다.LLAABBL=A⋅BL=A⋅BA={ϵ}A={ϵ}B={ϵ}B={ϵ}

Q가 프라임입니까?

SAT 솔버의 도움으로 우리가 또는 를 수 있습니다. 에 와 ,하지만 그 이후로 붙어있다.{a,b}⊆A{a,b}⊆A{a,b}⊆B{a,b}⊆B{ababa,babab}⊂Q{ababa,babab}⊂QAABB

답변:


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대답은 '예'입니다. 인수 분해 Q = A ⋅ BQ=A⋅B 가 있다고 가정 합니다.

하나 명 쉽게 관찰이다 와 B는 해체해야한다 (이후에 대한 승 ∈ ∩ B 우리가 얻을 승 2 ∈ Q ). 특히 A , B 중 하나만 ϵ 를 포함 할 수 있습니다 . wlog (다른 경우는 완전히 대칭이므로) ϵ ∈ B 라고 가정 할 수 있습니다 . 그런 다음 a 와 b 는 비어 있지 않은 요소로 고려할 수 없으므로 a , b ∈ A 가 있어야합니다 .ABw∈A∩Bw2∈QA,Bϵϵ∈Baba,b∈A

우리 얻을 그 옆 m의 B N ∈ (와 완전히 유사하게, B의 m N ∈ ) 모든 m , n은 > 0 에 의해 유도 m :ambn∈Abman∈Am,n>0m

들면 m = 1m=1 이후 B N ∈ Q 우리 있어야 B가 N = U는 v에 함께 U ∈ , V ∈ B . 이후 유 ≠ ε , V는 있어야 b를 K 일부 K ≤ N . 그러나 만약 K > 0 , 이후 B ∈ 우리 얻을 b를 1 + K ∈ Q 모순. 그래서abn∈Qabn=uvu∈A,v∈Bu≠ϵvbkk≤nk>0b∈Ab1+k∈Qv = ϵv=ϵ , a b n ∈ Aabn∈A 입니다.

유도 단계 이후 m + 1 B N ∈ Q 우리가 m + 1 개 , B가 N = U는 v에 함께 U ∈ , V ∈ B . 이후 다시 유 ≠ ε , 우리는 하나 가지고 , V는 = 유전율 B를 N 일부 0 < K < m + 1 , 또는 V = B의 K 일부 K <am+1bn∈Qam+1bn=uvu∈A,v∈Bu≠ϵv=akbn0<k<m+1v=bknk<n . 그러나 전자의 경우,유도 가설에 의해 vv 는 이미 AA 에 있으므로, v 2 ∈ Qv2∈Q , 모순. 후자의 경우, b ∈ A 로부터 b 1 + k ∈ Q를 얻으므로 k = 0k=0 (즉 v = ϵv=ϵ )을가져야합니다. 따라서 u = a m + 1 b n ∈ A 입니다.b∈Ab1+k∈Qu=am+1bn∈A

지금 프리미티브 단어의 일반적인 경우 고려 R의r 사이에 교대를 및 B , 즉, w는 하나 인 m 1 B N 1 ... m 의 B N S , B의 m 1 N 1 ... B의 m은 s의 N S (위한 R = 2 s − 1 ), a m 1 b n 1 … a m sabwam1bn1…amsbnsbm1an1…bmsansr=2s−1+ 1am1bn1…ams+1 또는b m 1 a n 1 …b m s + 1bm1an1…bms+1 (r=2sr=2s); r에유도를 사용하여모두A에A있음을 보여줄 수 있습니다. 우리가 지금까지 한 일은 기본 사례r=0과r=1을다루었습니다.rr=0r=1

들어 R > 1r>1 , 우리의 다른 유도를 사용하는 m 1m1 의 하나로서 매우 같은 방식으로 작동, R = 1r=1 위 :

경우 m (1) = 1m1=1 , 그 다음 승 = u는 v에w=uv 함께 U ∈ , V ∈ Bu∈A,v∈B , 이후 유 ≠ εu≠ϵ , V는v 보다 적게 갖는 R의r 교대. 그래서 Vv (또는 경우에 루트 Vv 자체 프리미티브되지 않음)에 의 인덕션 가설에 의해 R 않는 상기와 모순에 대한 V = ε . 따라서 w = u ∈ A 입니다.Arv=ϵw=u∈A

경우 m 1 > (1)m1>1 임의의 인수에서, w = u를 v에w=uv 함께 유 ≠ εu≠ϵ , V는v 적은 교대을 보유하거나 (그 루트에 않는 V = ε 에 유도 가설 R ) 또는 짧은 첫번째 블록 (그 m 1 에 대한 유도 가설에 의해 v = ϵ 가 아니면 루트는 A 에 있습니다. 두 경우 모두 v = ϵ , 즉 w = u ∈ A 가 있어야합니다 .Av=ϵrv=ϵm1v=ϵw=u∈A


의 경우 Q ' : = Q ∪ { ε는 }Q′:=Q∪{ϵ} 다소 복잡하다. 참고로 확실한 물건은 분해 점이다 Q = ⋅ BQ=A⋅B 모두 와 B는 의 부분 집합이어야 Q ' 와 ∩ B = { ε } . 또한 a , b 는 A ∪ B에 포함되어야합니다 .ABQ′A∩B={ϵ}a,bA∪B

약간의 추가 작업으로 aa 와 bb 가 동일한 하위 집합에 있어야 함을 알 수 있습니다. 그렇지 않으면 wlog가 a ∈ Aa∈A 및 b ∈ Bb∈B 라고 가정하십시오 . 우리가 있다고하자 승 ∈ Q 'w∈Q′ 갖는 적절한 분해를 하는 경우 w = U Vw=uv 와 U ∈ ∖ { ε }u∈A∖{ϵ} 및 V ∈ B ∖ { ε }v∈B∖{ϵ} . b aba 가 어디 있는지에 따라 두 개의 (대칭) subcase 가 있습니다 (A적절한 인수 분해가 없으므로 A 또는 BB ).

  • 경우 b를 ∈ba∈A 다음 B A는 사람 더 적절한 인수가없는 B , ∉의 B를 . 이후 B ∈ A가 의미하는 것 B B ∈ ⋅ B를 , 우리가 얻을 ㄱ ∈ B를 . 결과적으로 b a b 는 A에 있지 않습니다 ( b a b a b a ∈ Aababa,a∉Baba∈Aabab∈A⋅Baba∈BbabA⋅ Bbababa∈A⋅B ) 또는 BB ( a b a b ∈ A ⋅ B를abab∈A⋅B 의미 함). 이제 b a b a bbabab 라는 단어를 고려하십시오. b a b ∉ A ∪ B 및 a b a b , b a b a 는 원시적이지않으므로 적절한 인수 분해가 없습니다. 만약 B B B ∈ 그 이후 ㄴ ∈ B우리는 ( b a ) 4 ∈ A ⋅ B ; 경우 b를 B B ∈ B , 이후 ∈ 우리 얻을 ( B ) 3 ∈ ⋅ B를 . 따라서 b a b a b ∈ A ⋅ B 를 모순 할 방법이 없습니다 .
  • 케이스 b a ∈ B 는 완전히 대칭입니다. 간단히 말해서 : b a b 는 적절한 인수 분해가없고 B에 있을 수 없으므로 A에 있어야합니다 . 그러므로 a b a 는 A 또는 B에 있을 수 없습니다 . 그러므로 a b a b a 는 적절한 인수 분해가 없지만 A 또는 B 에 모순 될 수 없습니다 .

현재이 시점을 넘어서 진행하는 방법을 잘 모르겠습니다. 위의 주장이 체계적으로 일반화 될 수 있는지 보는 것이 흥미로울 것입니다.


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

감사! 나는 (단어의 비어 있지 않은 적절한 접미사에 있어야합니다 것을 보여주는 주요 아이디어를 가지고 일부 "간단한"말을 무슨 일에 대한 생각에 의해 참조). ε , 및 b는 , 비교적 간단했다 N 또는 B N 밖으로 질문했고, 고려 B , B의 B , ㄱ ㄱ B를 , ... 옳은 길에 저를 얻었다.
— Klaus Draeger

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당신의 증거는 아름답고 생각만큼 어렵지 않습니다. (지금은 어리석은 느낌이 들었습니다. 그러나 엡실론이 Q의 요소가 아닌 것을 중계하는 것 같습니다. Q ∪ { ϵ } 도 프라임입니까?
— Henning 2016

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좋은 질문! 나는 당신에게 다시 연락을해야 할 것입니다.
— 클라우스 드라 거

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의견을 보내 주셔서 감사합니다. 지연되어 죄송합니다. 빈 단어를 포함하려는 경우가 더 복잡해 보입니다. 업데이트를 참조하십시오.
— 클라우스 드레 거
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