Pierādījumā tiks izmantots izteiksmju pieraksts postfiksajā formā.
Zināms, ka maksimālais n, ko var iegūt ar izteiksmi garumā 1, ir 1.
Jāpierāda, ka dotajam izteiksmes garumam maksimālais n ir:
- 3k, ja garums = 6k - 1
- 2*3k-1, ja garums = 6k - 3
- 4*3k-1, ja garums = 6k + 1
visiem k≥1.
Indukcijas bāze:
n(1) = 1, (triviāli)
n(3) = 2, (izteiksme 11+ ir vienīgā korektā postfiksā izteiksme garumā 3 pēc maniem iepriekšējās vēstulēs aprakstītajiem spriedumiem),
n(5) = 3, izteiksme 11+1+ līdzīgi ir vienīgā korektā izteiksme (manā nozīmē) garumā 5,
n(7) = 4, izteiksmes 11+1+1+ vai 11+11+*.
Viegli redzēt, ka izteiksmes n(3),n(5) un n(7) ir pierādāmo garuma formulu specgadījumi pie k=1. Tātad atliek pierādīt, ka sakarības ir spēkā visiem k>1.
Induktīvais pieņēmums:
Pieņemsim, ka dotās sakarības ir spēkā visiem k līdz kādai noteiktai vērtībai K-1 (ieskaitot).
Jāpierāda, ka šīs sakarības ir spēkā arī vērtībai K.
Pierādījums:
1) Aplūkosim izteiksmi, kuras garums ir 6K - 3. Skaidrs, ka izteiksmes pēdējais simbols ir darbības zīme + vai *, bet šīs izteiksmes otrā operanda garums ir p (p≥1),
bet pirmā operanda garums q = 6K-4-p (vienu pozīciju aizņem darbības zīme). Varam pieņemt, ka p≤q.
Izdalīsim šādus četrus gadījumus:
- p=1 q=6(K-1)+1
- p=6L-3 q=6(K-L)-1 , L≥1 K≥2L (no nosacījuma, ka p≤q)
- p=6L-1 q=6(K-L)-3 , L≥1 K>2L
- p=6L+1 q=6(K-L-1)+1, L≥1 K>2L
Tātad n(6K-3) būs lielākais no skaitļiem
n(1) + n(6(K-1)+1), n(6L-3) + n(6(K-L)-1), n(6L-1) + n(6(K-L)-3), n(6L+1) + n(6(K-L-1)+1),
n(6L-3) * n(6(K-L)-1), n(6L-1) * n(6(K-L)-3), n(6L+1) * n(6(K-L-1)+1).
Ievietojot lielākā skaitļa izteiksmes mazākām k vērtībām aprēķinām šo izteiksmju vērtības. n(6K-3) būs lielākais no šādiem skaitļiem:
- 1 + 4*3K-2,
- 2*3L-1 + 3K-L,
- 3L + 2*3K-L-1,
- 4*3L-1 + 4*3K-L-2,
- 2*3K-1,
- 16*3K-3.
Pierādīsim, ka lielākais no skaitļiem ir 2*3K-1.
- 2*3K-1 = 6*3K-2 = 2*3K-2+4*3K-2≥2+4*3K-2>1+4*3K-2
- 2*3K-1≥2*3K-L = 3L-1(3K-2L+1 + 3K-2L+1)>
3L-1(2 + 3K-2L+1) = 2*3L-1 + 3K-L
- 2*3K-1>3K-1≥3K-L = 3L * 3K-2L =
3L( 3K-2L-1 + 2*3K-2L-1) ≥
3L( 1 + 2*3K-2L-1) = 3L + 2*3K-L-1
- 2*3K-1>3K-1≥3K-L = 32 * 3K-L-2 >
8 * 3K-L-2 = 4*3L-1(3K-2L-1+3K-2L-1) ≥
4*3L-1(1+3K-2L-1) = 4*3L-1 + 4*3K-L-2
- 2*3K-1=18*3K-3>16*3K-3
Tātad, gadījumam 6K-3 nepieciešamais pierādīts.
2) Aplūkosim izteiksmi, kuras garums ir 6K - 1. Skaidrs, ka izteiksmes pēdējais simbols ir darbības zīme + vai *, bet šīs izteiksmes otrā operanda garums ir p (p≥1),
bet pirmā operanda garums q = 6K-2-p (vienu pozīciju aizņem darbības zīme). Varam pieņemt, ka p≤q.
Izdalīsim šādus četrus gadījumus:
- p=1 q=6K-3
- p=6L-3 q=6(K-L)+1 , L≥1 K≥2L (no nosacījuma, ka p≤q)
- p=6L-1 q=6(K-L)-1 , L≥1 K≥2L
- p=6L+1 q=6(K-L)-3, L≥1 K>2L
Tātad n(6K-1) būs lielākais no skaitļiem
n(1) + n(6K-3), n(6L-3) + n(6(K-L)+1), n(6L-1) + n(6(K-L)-1), n(6L+1) + n(6(K-L)-3),
n(6L-3) * n(6(K-L)+1), n(6L-1) * n(6(K-L)-1), n(6L+1) * n(6(K-L)-3).
Ievietojot lielākā skaitļa izteiksmes mazākām k vērtībām aprēķinām šo izteiksmju vērtības. n(6K-1) būs lielākais no šādiem skaitļiem:
- 1 + 2*3K-1,
- 2*3L-1 + 4*3K-L-1,
- 4*3L-1 + 2*3K-L-1,
- 3L + 3K-L,
- 8*3K-2,
- 3K.
Pierādīsim, ka lielākais no skaitļiem ir 3K.
- 3K = 3*3K-1 = 3K-1+2*3K-1>1+2*3K-1
- 3K > 2*3K-1 ≥ 2*3K-L = 2*3L-1*3K-2L+1 =
2*3L-1(3K-2L + 2*3K-2L) ≥
2*3L-1(1 + 2*3K-2L) = 2*3L-1 + 4*3K-L-1
- 3K > 4*3K-2 ≥ 4*3K-L-1 = 2*3L-1(3K-2L + 3K-2L) >
2*3L-1(2 + 3K-2L) =
4*3L-1 + 2*3K-L-1
- 3K > 2*3K-1 ≥ 2*3K-L = 3L(3K-2L+3K-2L) ≥
3L(1 + 3K-2L) = 3L + 3K-L
- 3K = 32*3K-2 = 9*3K-2>8*3K-2
Tātad, gadījumam 6K-1 nepieciešamais pierādīts.
3) Aplūkosim izteiksmi, kuras garums ir 6K + 1. Skaidrs, ka izteiksmes pēdējais simbols ir darbības zīme + vai *, bet šīs izteiksmes otrā operanda garums ir p (p≥1),
bet pirmā operanda garums q = 6K-p (vienu pozīciju aizņem darbības zīme). Varam pieņemt, ka p≤q.
Izdalīsim šādus četrus gadījumus:
- p=1 q=6K-1
- p=6L-3 q=6(K-L+1)-3 , L≥1 K≥2L (no nosacījuma, ka p≤q)
- p=6L-1 q=6(K-L)+1 , L≥1 K≥2L
- p=6L+1 q=6(K-L)-1, L≥1 K>2L
Tātad n(6K+1) būs lielākais no skaitļiem
n(1) + n(6K-1), n(6L-3) + n(6(K-L+1)-3), n(6L-1) + n(6(K-L)+1), n(6L+1) + n(6(K-L)-1),
n(6L-3) * n(6(K-L+1)-3), n(6L-1) * n(6(K-L)+1), n(6L+1) * n(6(K-L)-1).
Ievietojot lielākā skaitļa izteiksmes mazākām k vērtībām aprēķinām šo izteiksmju vērtības. n(6K+1) būs lielākais no šādiem skaitļiem:
- 1 + 3K,
- 2*3L-1 + 2*3K-L,
- 3L + 4*3K-L-1,
- 4*3L-1 + 3K-L,
- 4*3K-1
Pierādīsim, ka lielākais no skaitļiem ir 4*3K-1.
- 4*3K-1 = 3K-1 + 3K > 1 + 3K
- 4*3K-1 ≥ 4*3K-L = 4*3L-1*3K-2L+1 =
2*3L-1(3K-2L+1 + 3K-2L+1) >
2*3L-1(1 + 3K-2L+1) = 2*3L-1 + 2*3K-L
- 4*3K-1 > 3K ≥ 3K-L+1 > 8*3K-L-1 =
3L-1(4*3K-2L + 4*3K-2L) >
3L-1(3 + 4*3K-2L) = 3L + 4*3K-L-1
- 4*3K-1 > (16/9)*3K-1 = 16*3K-3 ≥ 16*3K-L-2 =
4*3L-1*4*3K-2L-1 =
4*3L-1(3K-2L-1 + 3K-2L) ≥
4*3L-1(1 + 3K-2L) =
4*3L-1 + 4*3K-L-1) >
4*3L-1 + 3K-L
Tātad, gadījumam 6K+1 nepieciešamais pierādīts.
Līdz ar to visi gadījumi ir apskatīti un nepieciešamais pierādīts.