アルゴリズムと計算量の問題
以上の整数 に対して とする。ある分割統治アルゴリズムの計算時間 が、次の漸化式で与えられている。
マスター定理を用いて となる を求めよ。ただし、答えは の中身の式(例: )を、定数倍を除いた最も簡単な形で答えよ。対数は自然対数 を用いて表すこと。
この問題で使うもの
- マスター定理(説明と入口の問題)
この問題を解けるようになるまで(30 技能)
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- 小数の四則計算
- 分数のたし算・ひき算
- 分数のかけ算・わり算
- 小数と分数のまじった計算
- 逆算(□ を求める)
- 正負の数の加法・減法
- 四則の混じった計算の順序
- 正負の数の乗除・累乗と四則混合
- 分配法則を使った計算のくふう
- 文字式の計算(同類項・分配法則)
- 1 次方程式の解き方
- 連立方程式の解き方(加減法・代入法)
- 等差数列・等比数列の一般項
- 型の漸化式
- 等間隔にならんだ数の和
- 等差・等比数列の和と Σ
- 階差数列と階差型の漸化式
- (等差)×(等比)の数列の和
- 置き換えによる漸化式の解法
- 分割統治の漸化式の厳密な解
- 数列の極限
- 関数の極限
- 約数の見つけ方
- 素因数分解と約数の個数
- 平方根の意味と根号の簡単化
- 根号の乗除と加減
- 指数の拡張と指数関数
- 対数の定義と性質
- 計算量のオーダーの比較
- マスター定理
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
マスター定理を使います。漸化式を の形と見比べて、 を読み取りましょう。
ヒント 2
を計算し、 と比べます。 が より多項式的に小さいか、同じ程度か、大きいかで場合が決まります。
ヒント 3
なので で、 と同じ程度です。これはマスター定理のどの場合にあたり、そのとき はどう表されるでしょうか。
答えと解説
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解説を読む
マスター定理は、()の形の漸化式について、 と の大きさを比べて のオーダーを決める定理である。
手順1: を読み取る。
与えられた漸化式 と見比べると、
である。
手順2: を計算する。
より なので、
である。
手順3: と を比べて場合を判定する。
であり、 と は同じ程度の大きさである。これはマスター定理の第2の場合にあたる。
手順4:結論。
第2の場合では であるから、
となる。よって である(対数の底の違いは定数倍の違いにすぎないので、自然対数で表してよい)。
(確認) とおくと , 。両辺を で割り とおくと , より 。したがって
となり、確かに である。
別解
漸化式 において である。 となり、 なのでマスター定理のケース2()にあたり、 となる。
検算として、 で展開する。 となる。、 なので である。底の違いは定数倍なので無視できる。