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アルゴリズムと計算量の問題

難易度 3期末試験の応用レベル大学数学 アルゴリズムと計算量

ある分割統治アルゴリズムの計算時間 は、 以上の整数 に対して のとき、次の漸化式で与えられる。

の形の に限って を考えるとき、 となる関数 を求めよ。答えは の中身の式(定数倍を除いた最も簡単な形。例:)で答えよ。

この問題で使うもの

この問題を解けるようになるまで(30 技能)

ヒント

行き詰まったら、上から順に 1 つずつ開いてください。

ヒント 1

マスター定理の と を比べてみよう。どの場合にも当てはまらないので、 を代入して漸化式を直接解く方針をとる。

ヒント 2

とおくと、 についての簡単な漸化式(和の形)が得られる。

ヒント 3

, となるので 。調和数の増え方と の関係を考える。

答えと解説

答えを見る
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解説を読む

マスター定理が使えるか確認する。 より である。 は より小さいが、どんな に対しても とはならない( のため)。また でもない。したがって標準的なマスター定理の 3 つの場合のどれにも当てはまらないので、直接解く。

漸化式を解く。 とし、 とおく。 のとき、漸化式の両辺を で割ると

すなわち

なので

よって

漸近評価。 積分との比較から が成り立つので 。 より

したがって

答え:

別解

とおき、 とする。、 で である。
両辺を で割り、 とおくと、、 となる。
よって であり、 である。
ゆえに となる。
より である。
検算: のとき 。公式から で一致する。 のとき 。公式から で一致する。
(マスター定理の一般形では扱えないケースで、 は より小さいが多項式的には小さくないため、直接計算した。)

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