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次可加性

2020-03-17 12:04 作者:露保协  | 我要投稿

次可加性这个工具,虽然只是技术性的,但是经常用到,比如我们经常用BK不等式导出一个满足次可加性的序列来。这个工具妙就妙在,看起来很弱的条件却能够得到很强的结论。这篇笔记总结一下序列/函数次可加性的一些推论。

一个次可加的函数定义为

比如说,\sqrt{x}就是次可加的。

一个次可加的序列定义为

需要注意的是,superadditivity和subadditivity可以通过取负号相互转化,所以下面的一系列性质都是共享的,只不过要把正负颠倒一下罢了。

关于次可加性,最重要和标准的结论就是:

【Fekete引理】对于次可加序列{a_n},a_n/n的极限存在且等于\inf a_n/n \in [-\infty,infty)。

(Fekete, a Hungarian-Israeli mathematician)证明略去。下面仔细理解一下这个引理说的是什么。首先对于这个极限c做一下分类讨论。

  1. 如果c=-\infty。也就是说a_n非常快地下降到负无穷,当然也满足次可加性。

  2. 如果c在负无穷和0之间,也就述说a_n类似于一个负线性序列cn,二者的差距只有一个o(n)。

  3. 如果c=0,也就述说a_n=o(n),比如说a_n=\sqrt{n}。

  4. 如果c>0,则也是a_n=cn+o(n),接近于一个线性序列。

总的来说,如果一个序列次可加的话,要么它往下掉地飞快;如果不是(比较“平缓”),它一定是cn+o(n)的“近似线性”的形式。

Feteke引理里面还包含着更多的信息。因为极限是inf,所以a_n\geqslant cn。直观上来说,如果一个次可加序列下降地比较平稳,那么它一定是cn+o(n)的形式,并且这个o(n)项一定是一个非负数。(如果下降很快,相当于c=-\infty)【这样的表述比原定理的表述更加清晰,而且是等价的】

这也就是我一开始说的,看起来很弱的条件却能够得到很强的结论。这句话可以这样理解:

1.明明只是一个不等式,却能给出等式a_n=cn+o(n)来。(这样一个相当「精确」的等式放在平时只能做做指数估计的地方,比如关联长度,简直求之不得)

2.明明只是一个upper bound的不等式,却能给出lower bound(o(n)项非负)来。

Fekete引理对于次可加函数也成立:

【次可加函数的Fekete引理】

另外还有一些次可加性的推广,比如

其中的非递减的g_n增长不是很快,即

则类似Fekete引理的结论也成立:

还有更多类似的定理。

题图2:05 沈んだ街角を抜けて(79748144)by フワン(15150508)。



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