Alguas fucioes y sumatorias G M Lua: \Aalisis y dise~o de algoritmos" 3 Poliomios E ua variable: p() = m i=0 a i i m es el grado del a 0

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Algunas funciones y sumatorias

G. M. Luna: \Analisis y dise~no de algoritmos"

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~ DE ALGORITMOS ANALISIS Y DISENO Algunas funciones y sumatorias Guillermo Morales-Luna Seccion de Computacion CINVESTAV-IPN [email protected]

Mexico, D.F., a 22 de enero de 2001. CONTENIDO Algunas funciones Sumatorias

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Algunas funciones f es monotona si es creciente o decreciente. Es creciente si: 8n0 n1 : (n1  n2 ) f (n1)  f (n2)): Es decreciente si: 8n0 n1 : (n1  n2 ) f (n1)  f (n2)):

Pisos y techos 8x 2 IR: bxc

= el mayor entero que no supera a x, dxe = el menor entero que no esta por debajo de x, x 7! bxc y x 7! dxe son \piso" y \techo".

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Polinomios En una variable: p(n) =

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Xm aini. i=0

m es el grado del polinomio, @p, a0 : : : am son los coecientes del polinomio. am, es el coe ciente principal. En varias variables: p(n) =

Xm aini, A  IN k conjunto nito i2A

si n = (n1 : : : nk ) e i = (i1 : : : ik ), entonces

ni

k Y = nij . j =1

j

Consideraremos solo polinomios de una variable. Grado 1: lineales. Grado 2: cuadraticos. Grado 3 cubicos.

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Para cualesquiera dos p1 p1: p1 (n) = O(p2 (n)) p1 (n) = (p2 (n)) p1 (n) = o(p2 (n))

nO(1) =

m0

@p1  @p2 , @p1 = @p2 , @p1 < @p2 : O(nm): clase de fun'es acotadas polinomialmente.

Potencias

y 8n 2 IN : an+1 = an a: Si n1 = ;n con n 2 IN , an1 = a1n . p Si a > 0, 8 pq 2 QI , con q > 0, a q = x donde x es tal que xq = ap. Por continuidad, queda de nido az 8z 2 IR. 8a 6= 0: a0 = 1

,

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Reglas de las potencias:

an am = an+m (an)m = anm

8> 0 < 8a > 0 an ;! n!+1 > 1 :

1

8m,

5

si a < 1 si a = 1 si a > 1

m

n = 0 y nm = o(an). lim n!+1 an

Si a > 0 y f (n) = nO(1), f (n) = o(an ): cualquier potencia \crece mas rapido que una funcion acotada polinomialmente".  1 n Base de los logaritmos naturales: e = n!lim 1+ n , +1 aprox. e = 2:7182818284590452354 : : : Para nes de calculo X xm = 1 + x + x2 + x3 + x4 +

ex = (1) m ! 2 6 24 m0

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Logaritmos Para a > 0,

logaritmo en base a de x > 0: loga x = y 2 IR con ay = x. loga (xy) = loga x + loga y loga (xy ) = y loga x ax logb x = log loga b Logaritmo natural: x 7! ln x = loge x. Para nes de calculo

ln(1 + x) =

(2)

X (;1)1+m xm = x ; x2 + x3 ; x4 + x5 ; x6 (3) m

m1

(loga n)m

2

(loga n)m

3

4

5

m n = an11 n! ;! 0, i.e. +1

6

Con n1 = loga n: n = aloga n (loga n)m = o(n). (loga n)O(1) = O((loga n)m): acotadas \polilogartmicamente". m0

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Factoriales Recursivamente: 0! = 1 y 8n 2 IN : (n + 1)! = n! (n + 1): ;  p ;  p ; n n p ; n ; 1 +  n y 2 n ne n n! 2 n e n! = 2 n ne 1

1 1 + 12 n

n! = o(nn ), n! = !(2n) y log(n!) = (n log n):

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:

Sucesion de Fibonacci Recursivamente, F0 = 0

F1 = 1

,

y

8n 2 IN

: Fn+2 = Fn+1 + Fn :

Razones doradas p : 1+  = 2p5 = 1:6180339887498948482 : : :  = 1;2 5 = ;0:6180339887498948482 : : :

b

Fn = p+5b y Fn = EnteroMasProximo La sucesion crece exponencialmente. 8n :

n

n

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pn . 5

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Funciones iteradas Sea f : IR+ ! IR creciente, con f (n) < n 8n. 8< n si m = 0, Composicion de f : f (m) : n 7! : (m;1) f (f (n)) si m > 0. Para c 2 IR 8 1:

1

Xn 1 = k + (1 ; k) i=1

ik

i=1

1

i

nk;1 + O(1).

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Productos log (Qni=1 ai) = Pni=1 log (ai) : Acotamiento de sumas

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Acotamiento termino a termino

A = (a1 : : : an ) 2 (IR+)n , B = (b1 : : : bn ), 8i  n : ai  bi :

Xn ai  Xn bi. i=1

i=1 A = (ai )i1 , B = (bi )i1 ,

X ai  X bi.

Pi1 bi < +1 y 8i : ai  bi:

i1

i1 Si B = (bi )i1 domina a la larga a A, 9i0 8i  0 : ai  bi , entonces i0 ai  ai + bi . i=1 i1 ii0 +1

X

X

X

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Acotamiento por razones menores que 1 Sea a

A = (ai )i1 t.q. 9r 2]0 18i : ai+1i X ai  a0 1 . 8i : ai  a0 ri y 1;r

 r, entonces

i1

Aproximacion por integrales Sea A = (ai)i1, con ai = f (i), f integrable. Entonces,

Zn

.

m;1

f (x)dx 

Xn  Z n+1 f (x)dx

i=m;1

m

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