Notacje asymptotyczne Szacowanie sum za pomocą całek Funkcje całkowitoliczbowe MATEMATYKA DYSKRETNA - MATERIAY DO WYKŁADU OSZACOWANIA ASYMPTOTYCZNE MATEMATYKA DYSKRETNA - MAT Notacje asymptotyczne Szacowanie sum za pomocą całek Funkcje całkowitoliczbowe DEFINICJA Funkcję f : N → R nazywamy asymptotycznie dodatnią, gdy istnieje liczba n0 ∈ N taka, że dla wszystkich liczb naturalnych n ­ n0 zachodzi nierówność f (n) > 0. MATEMATYKA DYSKRETNA - MAT Notacje asymptotyczne Szacowanie sum za pomocą całek Funkcje całkowitoliczbowe DEFINICJA Funkcję f : N → R nazywamy asymptotycznie dodatnią, gdy istnieje liczba n0 ∈ N taka, że dla wszystkich liczb naturalnych n ­ n0 zachodzi nierówność f (n) > 0. W ciągu całego wykładu zakładamy, że rozważamy dowolne funkcje asymptotycznie dodatnie o argumentach będących liczbami naturalnymi. Założenia tego nie będziemy powtarzać w dalszej części. MATEMATYKA DYSKRETNA - MAT Notacje asymptotyczne Szacowanie sum za pomocą całek Funkcje całkowitoliczbowe Notacja ”o-małe” DEFINICJA Mówimy, że f (n) = o(g (n)), gdy dla dowolnej liczby rzeczywistej c > 0 istnieje liczba n0 ∈ N taka, że f (n) ¬ cg (n) dla wszystkich liczb naturalnych n ­ n0 . MATEMATYKA DYSKRETNA - MAT Notacje asymptotyczne Szacowanie sum za pomocą całek Funkcje całkowitoliczbowe Notacja ”o-małe” DEFINICJA Mówimy, że f (n) = o(g (n)), gdy dla dowolnej liczby rzeczywistej c > 0 istnieje liczba n0 ∈ N taka, że f (n) ¬ cg (n) dla wszystkich liczb naturalnych n ­ n0 . Mówimy wówczas, że f (n) jest pomijalna względem g przy n dążącym do nieskończoności. MATEMATYKA DYSKRETNA - MAT Notacje asymptotyczne Szacowanie sum za pomocą całek Funkcje całkowitoliczbowe Notacja ”o-małe” DEFINICJA Mówimy, że f (n) = o(g (n)), gdy dla dowolnej liczby rzeczywistej c > 0 istnieje liczba n0 ∈ N taka, że f (n) ¬ cg (n) dla wszystkich liczb naturalnych n ­ n0 . Mówimy wówczas, że f (n) jest pomijalna względem g przy n dążącym do nieskończoności. TWIERDZENIE f (n) n→∞ g (n) Jeżeli lim = 0, to f (n) = o(g (n)). MATEMATYKA DYSKRETNA - MAT Notacje asymptotyczne Szacowanie sum za pomocą całek Funkcje całkowitoliczbowe Notacja ”O-duże” DEFINICJA Mówimy, że f (n) = O(g (n)), gdy istnieją liczby c ∈ R, c > 0 i n0 ∈ N takie, że f (n) ¬ cg (n) dla wszystkich liczb naturalnych n ­ n0 . MATEMATYKA DYSKRETNA - MAT Notacje asymptotyczne Szacowanie sum za pomocą całek Funkcje całkowitoliczbowe Notacja ”O-duże” DEFINICJA Mówimy, że f (n) = O(g (n)), gdy istnieją liczby c ∈ R, c > 0 i n0 ∈ N takie, że f (n) ¬ cg (n) dla wszystkich liczb naturalnych n ­ n0 . Mówimy wówczas, że f jest co najwyżej rzędu g przy n dążącym do nieskończoności. MATEMATYKA DYSKRETNA - MAT Notacje asymptotyczne Szacowanie sum za pomocą całek Funkcje całkowitoliczbowe Notacja ”O-duże” DEFINICJA Mówimy, że f (n) = O(g (n)), gdy istnieją liczby c ∈ R, c > 0 i n0 ∈ N takie, że f (n) ¬ cg (n) dla wszystkich liczb naturalnych n ­ n0 . Mówimy wówczas, że f jest co najwyżej rzędu g przy n dążącym do nieskończoności. TWIERDZENIE f (n) n→∞ g (n) Jeżeli lim = k i k ∈ h0, +∞), to f(n)=O(g(n)). MATEMATYKA DYSKRETNA - MAT Notacje asymptotyczne Szacowanie sum za pomocą całek Funkcje całkowitoliczbowe Własności notacji ”O-duże” TWIERDZENIE 1 Jeżeli f (n) = O(g (n)) i c > 0, MATEMATYKA DYSKRETNA - MAT Notacje asymptotyczne Szacowanie sum za pomocą całek Funkcje całkowitoliczbowe Własności notacji ”O-duże” TWIERDZENIE 1 Jeżeli f (n) = O(g (n)) i c > 0, to cf (n) = O(g (n)). MATEMATYKA DYSKRETNA - MAT Notacje asymptotyczne Szacowanie sum za pomocą całek Funkcje całkowitoliczbowe Własności notacji ”O-duże” TWIERDZENIE 1 Jeżeli f (n) = O(g (n)) i c > 0, to cf (n) = O(g (n)). 2 Jeżeli f (n) = O(g (n)) i h(n) = O(g (n)), MATEMATYKA DYSKRETNA - MAT Notacje asymptotyczne Szacowanie sum za pomocą całek Funkcje całkowitoliczbowe Własności notacji ”O-duże” TWIERDZENIE 1 Jeżeli f (n) = O(g (n)) i c > 0, to cf (n) = O(g (n)). 2 Jeżeli f (n) = O(g (n)) i h(n) = O(g (n)), to f (n) + h(n) = O(g (n)). MATEMATYKA DYSKRETNA - MAT Notacje asymptotyczne Szacowanie sum za pomocą całek Funkcje całkowitoliczbowe Własności notacji ”O-duże” TWIERDZENIE 1 Jeżeli f (n) = O(g (n)) i c > 0, to cf (n) = O(g (n)). 2 Jeżeli f (n) = O(g (n)) i h(n) = O(g (n)), to f (n) + h(n) = O(g (n)). 3 Jeżeli f (n) = O(g (n)) i h(n) = O(z(n)), MATEMATYKA DYSKRETNA - MAT Notacje asymptotyczne Szacowanie sum za pomocą całek Funkcje całkowitoliczbowe Własności notacji ”O-duże” TWIERDZENIE 1 Jeżeli f (n) = O(g (n)) i c > 0, to cf (n) = O(g (n)). 2 Jeżeli f (n) = O(g (n)) i h(n) = O(g (n)), to f (n) + h(n) = O(g (n)). 3 Jeżeli f (n) = O(g (n)) i h(n) = O(z(n)), to f (n) · h(n) = O(g (n) · z(n)). MATEMATYKA DYSKRETNA - MAT Notacje asymptotyczne Szacowanie sum za pomocą całek Funkcje całkowitoliczbowe Własności notacji ”O-duże” TWIERDZENIE 1 Jeżeli f (n) = O(g (n)) i c > 0, to cf (n) = O(g (n)). 2 Jeżeli f (n) = O(g (n)) i h(n) = O(g (n)), to f (n) + h(n) = O(g (n)). 3 Jeżeli f (n) = O(g (n)) i h(n) = O(z(n)), to f (n) · h(n) = O(g (n) · z(n)). 4 Jeżeli f (n) = O(g (n)) i g (n) = O(z(n)), MATEMATYKA DYSKRETNA - MAT Notacje asymptotyczne Szacowanie sum za pomocą całek Funkcje całkowitoliczbowe Własności notacji ”O-duże” TWIERDZENIE 1 Jeżeli f (n) = O(g (n)) i c > 0, to cf (n) = O(g (n)). 2 Jeżeli f (n) = O(g (n)) i h(n) = O(g (n)), to f (n) + h(n) = O(g (n)). 3 Jeżeli f (n) = O(g (n)) i h(n) = O(z(n)), to f (n) · h(n) = O(g (n) · z(n)). 4 Jeżeli f (n) = O(g (n)) i g (n) = O(z(n)), to f (n) = O(z(n)). MATEMATYKA DYSKRETNA - MAT Notacje asymptotyczne Szacowanie sum za pomocą całek Funkcje całkowitoliczbowe Własności notacji ”O-duże” TWIERDZENIE 1 Jeżeli f (n) = O(g (n)) i c > 0, to cf (n) = O(g (n)). 2 Jeżeli f (n) = O(g (n)) i h(n) = O(g (n)), to f (n) + h(n) = O(g (n)). 3 Jeżeli f (n) = O(g (n)) i h(n) = O(z(n)), to f (n) · h(n) = O(g (n) · z(n)). 4 Jeżeli f (n) = O(g (n)) i g (n) = O(z(n)), to f (n) = O(z(n)). 5 Jeżeli f (n) = O(g (n)) i h(n) = O(z(n)), MATEMATYKA DYSKRETNA - MAT Notacje asymptotyczne Szacowanie sum za pomocą całek Funkcje całkowitoliczbowe Własności notacji ”O-duże” TWIERDZENIE 1 Jeżeli f (n) = O(g (n)) i c > 0, to cf (n) = O(g (n)). 2 Jeżeli f (n) = O(g (n)) i h(n) = O(g (n)), to f (n) + h(n) = O(g (n)). 3 Jeżeli f (n) = O(g (n)) i h(n) = O(z(n)), to f (n) · h(n) = O(g (n) · z(n)). 4 Jeżeli f (n) = O(g (n)) i g (n) = O(z(n)), to f (n) = O(z(n)). 5 Jeżeli f (n) = O(g (n)) i h(n) = O(z(n)), to f (n) + h(n) = O(max{g (n), z(n)}), MATEMATYKA DYSKRETNA - MAT Notacje asymptotyczne Szacowanie sum za pomocą całek Funkcje całkowitoliczbowe Własności notacji ”O-duże” TWIERDZENIE 1 Jeżeli f (n) = O(g (n)) i c > 0, to cf (n) = O(g (n)). 2 Jeżeli f (n) = O(g (n)) i h(n) = O(g (n)), to f (n) + h(n) = O(g (n)). 3 Jeżeli f (n) = O(g (n)) i h(n) = O(z(n)), to f (n) · h(n) = O(g (n) · z(n)). 4 Jeżeli f (n) = O(g (n)) i g (n) = O(z(n)), to f (n) = O(z(n)). 5 Jeżeli f (n) = O(g (n)) i h(n) = O(z(n)), to f (n) + h(n) = O(max{g (n), z(n)}), f (n) + h(n) = O(g (n) + z(n)). MATEMATYKA DYSKRETNA - MAT Notacje asymptotyczne Szacowanie sum za pomocą całek Funkcje całkowitoliczbowe Notacja asymptotyczna Θ DEFINICJA Mówimy, że f (n) = Θ(g (n)), gdy istnieją c1 , c2 ∈ R, c1 > 0, c2 > 0, n0 ∈ N, takie że c1 g (n) ¬ f (n) ¬ c2 g (n) dla wszystkich liczb naturalnych n ­ n0 . MATEMATYKA DYSKRETNA - MAT Notacje asymptotyczne Szacowanie sum za pomocą całek Funkcje całkowitoliczbowe Notacja asymptotyczna Θ DEFINICJA Mówimy, że f (n) = Θ(g (n)), gdy istnieją c1 , c2 ∈ R, c1 > 0, c2 > 0, n0 ∈ N, takie że c1 g (n) ¬ f (n) ¬ c2 g (n) dla wszystkich liczb naturalnych n ­ n0 . Mówimy wtedy, że g (n) jest asymptotycznie dokładnym oszacowaniem funkcji f (n) lub że f jest dokłanie rzędu g przy n dążącym do nieskończoności. MATEMATYKA DYSKRETNA - MAT Notacje asymptotyczne Szacowanie sum za pomocą całek Funkcje całkowitoliczbowe Notacja asymptotyczna Θ DEFINICJA Mówimy, że f (n) = Θ(g (n)), gdy istnieją c1 , c2 ∈ R, c1 > 0, c2 > 0, n0 ∈ N, takie że c1 g (n) ¬ f (n) ¬ c2 g (n) dla wszystkich liczb naturalnych n ­ n0 . Mówimy wtedy, że g (n) jest asymptotycznie dokładnym oszacowaniem funkcji f (n) lub że f jest dokłanie rzędu g przy n dążącym do nieskończoności. TWIERDZENIE f (n) n→∞ g (n) Jeżeli lim = k i k ∈ (0, +∞), to f(n)=Θ(g (n)). MATEMATYKA DYSKRETNA - MAT Notacje asymptotyczne Szacowanie sum za pomocą całek Funkcje całkowitoliczbowe Notacja asymptotyczna ω DEFINICJA Mówimy, że f (n) = ω(g (n)), gdy dla dowolnej stałej c ∈ R, c > 0 istnieje n0 ∈ N, takie że cg (n) ¬ f (n) dla wszystkich liczb naturalnych n ­ n0 . MATEMATYKA DYSKRETNA - MAT Notacje asymptotyczne Szacowanie sum za pomocą całek Funkcje całkowitoliczbowe Notacja asymptotyczna ω DEFINICJA Mówimy, że f (n) = ω(g (n)), gdy dla dowolnej stałej c ∈ R, c > 0 istnieje n0 ∈ N, takie że cg (n) ¬ f (n) dla wszystkich liczb naturalnych n ­ n0 . TWIERDZENIE f (n) n→∞ g (n) Jeżeli lim = +∞, to f (n) = ω(g (n)). MATEMATYKA DYSKRETNA - MAT Notacje asymptotyczne Szacowanie sum za pomocą całek Funkcje całkowitoliczbowe Notacja asymptotyczna Ω DEFINICJA Mówimy, że f (n) = Ω(g (n)), gdy istnieją c ∈ R, c > 0, n0 ∈ N, takie że cg (n) ¬ f (n) dla wszystkich liczb naturalnych n ­ n0 . Mówimy wówczas, że f jest co najmniej rzędu g przy n dążącym do nieskończoności. MATEMATYKA DYSKRETNA - MAT Notacje asymptotyczne Szacowanie sum za pomocą całek Funkcje całkowitoliczbowe Notacja asymptotyczna Ω DEFINICJA Mówimy, że f (n) = Ω(g (n)), gdy istnieją c ∈ R, c > 0, n0 ∈ N, takie że cg (n) ¬ f (n) dla wszystkich liczb naturalnych n ­ n0 . Mówimy wówczas, że f jest co najmniej rzędu g przy n dążącym do nieskończoności. TWIERDZENIE Jeżeli lim gf (n) = k gdzie k ∈ (0, +∞) lub k = +∞, n→∞ (n) to f(n)=Ω(g (n)). MATEMATYKA DYSKRETNA - MAT Notacje asymptotyczne Szacowanie sum za pomocą całek Funkcje całkowitoliczbowe Podstawowe zależności między notacjami Jeżeli f (n)=o(g (n)), to f (n) = O(g (n)). MATEMATYKA DYSKRETNA - MAT Notacje asymptotyczne Szacowanie sum za pomocą całek Funkcje całkowitoliczbowe Podstawowe zależności między notacjami Jeżeli f (n)=o(g (n)), to f (n) = O(g (n)). Jeżeli f (n) = ω(g (n)), to f (n) = Ω(g (n)). MATEMATYKA DYSKRETNA - MAT Notacje asymptotyczne Szacowanie sum za pomocą całek Funkcje całkowitoliczbowe Podstawowe zależności między notacjami Jeżeli f (n)=o(g (n)), to f (n) = O(g (n)). Jeżeli f (n) = ω(g (n)), to f (n) = Ω(g (n)). f (n) = Ω(g (n)) i f (n) = O(g (n)) wtedy i tylko wtedy, gdy f (n) = Θ(g (n)). MATEMATYKA DYSKRETNA - MAT Notacje asymptotyczne Szacowanie sum za pomocą całek Funkcje całkowitoliczbowe Warto zapamiętać Można wykazać, że 2 ak · nk + ak−1 · nk−1 + ... + a1 · n + a0 = θ(nk ), gdzie ai ∈ R, i = 0, 1, ..., k, ak > 0, k ∈ N; √ (lg n)m = o( k n); m, k ∈ N; 3 nk = o(an ); k ∈ N, a ∈ R, a > 1; 4 an = o(n!); 5 n! = o(nn ). 1 MATEMATYKA DYSKRETNA - MAT Notacje asymptotyczne Szacowanie sum za pomocą całek Funkcje całkowitoliczbowe TWIERDZENIE Niech dane będą liczby a, b ∈ R, m, n ∈ N, a ¬ m − 1 < n + 1 ¬ b oraz funkcja ciągła f : [a, b] → R+ . MATEMATYKA DYSKRETNA - MAT Notacje asymptotyczne Szacowanie sum za pomocą całek Funkcje całkowitoliczbowe TWIERDZENIE Niech dane będą liczby a, b ∈ R, m, n ∈ N, a ¬ m − 1 < n + 1 ¬ b oraz funkcja ciągła f : [a, b] → R+ . Wówczas MATEMATYKA DYSKRETNA - MAT Notacje asymptotyczne Szacowanie sum za pomocą całek Funkcje całkowitoliczbowe TWIERDZENIE Niech dane będą liczby a, b ∈ R, m, n ∈ N, a ¬ m − 1 < n + 1 ¬ b oraz funkcja ciągła f : [a, b] → R+ . Wówczas 1 jeżeli f jest funkcją rosnącą to MATEMATYKA DYSKRETNA - MAT Notacje asymptotyczne Szacowanie sum za pomocą całek Funkcje całkowitoliczbowe TWIERDZENIE Niech dane będą liczby a, b ∈ R, m, n ∈ N, a ¬ m − 1 < n + 1 ¬ b oraz funkcja ciągła f : [a, b] → R+ . Wówczas 1 jeżeli f jest funkcją rosnącą to Rn m−1 f (x)dx ¬ n P f (k) ¬ k=m n+1 R f (x)dx m MATEMATYKA DYSKRETNA - MAT Notacje asymptotyczne Szacowanie sum za pomocą całek Funkcje całkowitoliczbowe TWIERDZENIE Niech dane będą liczby a, b ∈ R, m, n ∈ N, a ¬ m − 1 < n + 1 ¬ b oraz funkcja ciągła f : [a, b] → R+ . Wówczas 1 jeżeli f jest funkcją rosnącą to Rn m−1 2 f (x)dx ¬ n P f (k) ¬ k=m n+1 R f (x)dx m jeżeli f jest funkcją malejącą to MATEMATYKA DYSKRETNA - MAT Notacje asymptotyczne Szacowanie sum za pomocą całek Funkcje całkowitoliczbowe TWIERDZENIE Niech dane będą liczby a, b ∈ R, m, n ∈ N, a ¬ m − 1 < n + 1 ¬ b oraz funkcja ciągła f : [a, b] → R+ . Wówczas 1 jeżeli f jest funkcją rosnącą to Rn f (x)dx ¬ f (k) ¬ k=m m−1 2 n P n+1 R f (x)dx m jeżeli f jest funkcją malejącą to n+1 R m f (x)dx ¬ n P k=m f (k) ¬ Rn f (x)dx m−1 MATEMATYKA DYSKRETNA - MAT Notacje asymptotyczne Szacowanie sum za pomocą całek Funkcje całkowitoliczbowe DEFINICJA Funkcją podłogi nazywamy funkcję R 3 x 7→ bxc ∈ Z przyporządkowującą liczbie rzeczywistej x największą liczbę całkowitą, nie większą niż x. MATEMATYKA DYSKRETNA - MAT Notacje asymptotyczne Szacowanie sum za pomocą całek Funkcje całkowitoliczbowe DEFINICJA Funkcją podłogi nazywamy funkcję R 3 x 7→ bxc ∈ Z przyporządkowującą liczbie rzeczywistej x największą liczbę całkowitą, nie większą niż x. DEFINICJA Funkcją sufitu nazywamy funkcję R 3 x 7→ dxe ∈ Z przyporządkowującą liczbie rzeczywistej x najmniejszą liczbę całkowitą, nie mniejszą niż x. MATEMATYKA DYSKRETNA - MAT Notacje asymptotyczne Szacowanie sum za pomocą całek Funkcje całkowitoliczbowe Podstawowe własności TWIERDZENIE Dla dowolnych liczb x ∈ R oraz n, a, b ∈ Z takich, że a 6= 0 i b 6= 0 zachodzą następujące zależności: MATEMATYKA DYSKRETNA - MAT Notacje asymptotyczne Szacowanie sum za pomocą całek Funkcje całkowitoliczbowe Podstawowe własności TWIERDZENIE Dla dowolnych liczb x ∈ R oraz n, a, b ∈ Z takich, że a 6= 0 i b 6= 0 zachodzą następujące zależności: 1 x − 1 < bxc ¬ x ¬ dxe < x + 1. MATEMATYKA DYSKRETNA - MAT Notacje asymptotyczne Szacowanie sum za pomocą całek Funkcje całkowitoliczbowe Podstawowe własności TWIERDZENIE Dla dowolnych liczb x ∈ R oraz n, a, b ∈ Z takich, że a 6= 0 i b 6= 0 zachodzą następujące zależności: 1 x − 1 < bxc ¬ x ¬ dxe < x + 1. 2 bxc = n wtedy i tylko wtedy, gdy n ¬ x < n + 1. MATEMATYKA DYSKRETNA - MAT Notacje asymptotyczne Szacowanie sum za pomocą całek Funkcje całkowitoliczbowe Podstawowe własności TWIERDZENIE Dla dowolnych liczb x ∈ R oraz n, a, b ∈ Z takich, że a 6= 0 i b 6= 0 zachodzą następujące zależności: 1 x − 1 < bxc ¬ x ¬ dxe < x + 1. 2 bxc = n wtedy i tylko wtedy, gdy n ¬ x < n + 1. 3 dxe = n wtedy i tylko wtedy, gdy n − 1 < x ¬ n. MATEMATYKA DYSKRETNA - MAT Notacje asymptotyczne Szacowanie sum za pomocą całek Funkcje całkowitoliczbowe Podstawowe własności TWIERDZENIE Dla dowolnych liczb x ∈ R oraz n, a, b ∈ Z takich, że a 6= 0 i b 6= 0 zachodzą następujące zależności: 1 x − 1 < bxc ¬ x ¬ dxe < x + 1. 2 bxc = n wtedy i tylko wtedy, gdy n ¬ x < n + 1. 3 dxe = n wtedy i tylko wtedy, gdy n − 1 < x ¬ n. 4 n 2 + n 2 = n. MATEMATYKA DYSKRETNA - MAT Notacje asymptotyczne Szacowanie sum za pomocą całek Funkcje całkowitoliczbowe Podstawowe własności TWIERDZENIE Dla dowolnych liczb x ∈ R oraz n, a, b ∈ Z takich, że a 6= 0 i b 6= 0 zachodzą następujące zależności: 1 x − 1 < bxc ¬ x ¬ dxe < x + 1. 2 bxc = n wtedy i tylko wtedy, gdy n ¬ x < n + 1. 3 dxe = n wtedy i tylko wtedy, gdy n − 1 < x ¬ n. 4 n 5 ddn/ae /be = dn/(ab)e . 2 + n 2 = n. MATEMATYKA DYSKRETNA - MAT Notacje asymptotyczne Szacowanie sum za pomocą całek Funkcje całkowitoliczbowe Podstawowe własności TWIERDZENIE Dla dowolnych liczb x ∈ R oraz n, a, b ∈ Z takich, że a 6= 0 i b 6= 0 zachodzą następujące zależności: 1 x − 1 < bxc ¬ x ¬ dxe < x + 1. 2 bxc = n wtedy i tylko wtedy, gdy n ¬ x < n + 1. 3 dxe = n wtedy i tylko wtedy, gdy n − 1 < x ¬ n. 4 n 5 ddn/ae /be = dn/(ab)e . 6 bbn/ac /bc = bn/(ab)c . 2 + n 2 = n. MATEMATYKA DYSKRETNA - MAT Notacje asymptotyczne Szacowanie sum za pomocą całek Funkcje całkowitoliczbowe MOŻNA SIĘ OBUDZIĆ! :) MATEMATYKA DYSKRETNA - MAT