27
$\开始组$

对我来说,有点不可思议的是,即使是出现在数学各个领域的非常复杂的序列$a_n$也具有这样的性质:存在一个初等函数$f(n)$,即$a_n=\Theta(f(n。示例包括

  • 斯特林近似值$n!\sim\sqrt{2\pin}\left(\frac{n}{e}\right)^n$(及其各种含义),
  • 配分函数$p_n\sim\frac{1}{4n\sqrt{3}}\exp\left(\pi\sqrt{2n}{3}\right)$的渐近性,
  • 素数定理$\pi(n)\sim\frac{n}{\logn}$,
  • 非对角Ramsey数$R(3,n)=Theta\left(\frac{n^2}{logn}\right)$的渐近性。

什么是序列$a_n$的例子,它们发生在“自然”中,并且可以证明没有这个属性(弱版本或强版本)?首选简单的示例。

(我想我应该提到,出于可计算性的原因,我对没有这个属性的序列不感兴趣,例如繁忙的海狸函数。我更感兴趣的是,例如,具有“半指数”渐近增长的序列的自然示例。)

$\端组$
2
  • 4
    $\开始组$ 让我们不要忘记,像$\pi(x)\sim\mathrm{Li}(x)$这样的语句比$\pi(x)\simx/\logx$(因为错误项较小)更准确,其中$\mathrm{Li}(x)=\int_{2}^{x}{\frac{dt}{\logt}}$。现在$\mathrm{Li}(x)$不是初等函数,但它渐近等价于$x/\log x$(通过分部积分),因此值得注意的是,通常一个复杂的序列可能更自然地渐近于涉及初等函数的和或积分,然后我们可以反过来证明这样的和或积分对于某些初等函数也是渐近的。 $\端组$ 评论 2010年11月8日10:25
  • 4
    $\开始组$ 在组合数学中的各种计数问题中,逆阿克曼函数就是这样出现的。在我看来,它很可能无法用初等函数表示,尽管我似乎找不到对此的引用。 $\端组$
    – 作记号
    评论 2010年11月8日10:51

8个答案8

重置为默认值
19
$\开始组$

由于这是一个社区维基,我不会因为没有提供任何明确的答案而感到难过,但更多的是一个抽象的观点,这可能意味着另一种追求途径。

对我来说,基本的主题是“Hardy域”:实值函数无穷远处的芽域。基本示例之一是所有函数的芽域,这些函数可以由多项式、指数和对数构成,并在四种算术运算和合成下闭合。

一个奇妙的事实是三分法定律:这样的“log-exp函数”要么最终为正,要么最终为零,或者最终为负。这可能与乔初所说的单调性假设一致。它保证了这些函数无穷大处的芽确实形成了一个字段$K$。位于字段内部的是一个由有界函数$O$的芽组成的赋值环。对价值组为$K^\ast/O^\ast$的$K$进行了相应的估价。

$K^\ast/O^\ast$的元素可以称为“增长率”。实际上,函数$[f]$和$[g]$的两个芽是等价的mod$O^\ast$,如果$f/g$和$g/f$都是有界的,也就是说它们是渐近的(直到一个常数)——记住,通过三分法,这些有界函数不会振荡,而是趋向于一个确定的极限。

从这个角度来看,我们对自然产生的Hardy字段感兴趣,这些字段的值组严格包含上述log-exp类的值组(因此我们得到了“中间增长率”)。

我之所以提到这一切,是因为我认为有大量关于哈代场构造的文献(不幸的是,我不太熟悉)。一个研究领域是通过模型理论,特别是o-极小结构,其中o-极小性保证了上述三分法。有一些专家(例如,David Marker,如果他在听的话)可能会给我们提供具有无限中等增长率的o-minimal结构的“自然”示例。我自己也会对此感兴趣。

编辑:现在我已经写了这篇文章,我记得o-最小结构理论中有一些定理倾向于排除这种中间增长率!这本身就很有趣,不管怎样,像大卫·马克这样的人可能会知道一些有趣的例子,无论是从o-最小结构理论还是从非最小结构理论。

$\端组$
  • $\开始组$ “o-极小性保证了上述三分法”:我对o-极小结构几乎一无所知,但我很有兴趣学习。你能用几句话说出“o-极简”的定义吗? $\端组$ 评论 2011年7月18日20:42
  • 1
    $\开始组$ @安德烈:这是“订单最小化”的缩写。设$T$是一阶理论,包括满足线性阶公理的谓词$\lt$。让$R$成为$T$的模型。例如,$T$可能是有序字段的理论,而$R$可能是实数。如果某个$R^n$的子集可以由$T$语言中的$n$-ary谓词定义,则将其称为“可定义的”。那么$R$是o最小值如果$R$的每个可定义子集是点和(可能是半无限的)区间的有限并。这个条件对可定义集合的结构有着惊人的强后果! $\端组$ 评论 2011年7月18日22:09
  • $\开始组$ Lou van den Dries的《Tame Topology and o-Minimal Structures》是一本非常可读的书(对于那些不是模型理论家的人来说),它探讨了o-极小性的显著后果。例如,证明了如果实数$R$对于某些理论(如有序指数场理论)是o极小的,则$R^n$的每个可定义子集都具有良好的温顺(Whitney)分层成有限多个光滑块,第一类的期望来自实代数簇和实半代数簇的理论。 $\端组$ 评论 2011年7月18日22:20
11
$\开始组$

几个算术函数在初等函数方面没有等价项,而只有等价的“平均值”。例如$d(n)$,即$n$的除数的数量是非常不规则的,但满足$$\frac1n(d(1)+\cdots+d(n))\sim\log n$$同样,$n$的除数之和$\sigma(n)$是不规则的(虽然略小于$d(n)美元),但满足$$\frac1n(\sigma(1)+\cdots+\sigma-(n))\sim\frac{\pi^2n}{12}$$最后,欧拉指示符$\phi(n)$的平均顺序是$\frac{3n}{\pi^2}$。

$\端组$
  • 2
    $\开始组$ 说得好。也许我应该强加一些单调性假设。。。 $\端组$
    – 乔楚园
    评论 2010年11月8日13:58
  • 1
    $\开始组$ 类似地,人们可以考虑诸如判别式$d$的正定二次型的等价类的数量。另一个例子是$\tau(n)$,即Ramanujan$\Delta$函数的傅里叶系数;如果你喜欢正数,那么取$\tau(n)^2$。也许最好的例子就是素数的特征函数。我们倾向于认为这些序列是“随机的”,所以它们没有基本函数的渐近性。 $\端组$ 评论 2010年11月8日23:00
  • 4
    $\开始组$ 将$\tau$和我给出的示例统一起来的是它们是乘法函数:如果$n\wedge m=1$,那么$f(nm)=f(n)f(m)$。除非$f$到${1,p,p^2,p^3,\ldots\}$的每个限制$f_p$都具有相同的渐近性,否则此类函数不太可能具有渐近性。 $\端组$ 评论 2010年11月9日6:39
8
$\开始组$

Davenport–Schinzel序列与各种几何形状排列的复杂性有关(例如线段的包络线)。它们的渐近性用逆Ackermann函数描述。

$\端组$
6
$\开始组$

这个铃声号码,具有与Lambert W函数相关的渐近性。

编辑:我今天在mathworld上四处闲逛,发现克氏点也具有W函数相关的渐近性。

$\端组$
4
  • 2
    $\开始组$ 知道W函数的渐近行为是否可以用初等函数来描述吗? $\端组$
    – 乔楚园
    评论 2010年11月8日12:12
  • $\开始组$ 它肯定可以用初等函数来描述,并且具有任何规定的精度。(一般来说,我将初等函数的逆函数称为“可由初等函数表示”)。 $\端组$ 评论 2010年11月8日12:18
  • $\开始组$ @乔楚元:是的,正如费多所写。但在许多情况下根本没有帮助,因为W函数的通常级数展开收敛非常慢。 $\端组$ 评论 2010年11月8日12:49
  • 8
    $\开始组$ W(x)是对数(x/log x)的渐近形式,它是初等的。所以W和李(x)在同一条船上,前面已经提到过。 $\端组$ 评论 2010年11月12日21:33
5
$\开始组$

考虑康托楼梯函数$f:\[0,1]\rightarrow[0,1]$和力矩函数$f(x):=\int_0^1(f(t))^xdt$。当$x$趋向于$+\infty$时,它的行为类似于$x^{-\sigma}$,$\sigma:=\ln3/\ln2$。但极限$F(x)\cdot x^{\sigma}$不存在:该值围绕常数$1.9967点缓慢振荡$

请点击此处查看更多俄语:http://www.math.spbu.ru/analysis/f-doska/lap_can.pdf

$\端组$
2
  • 1
    $\开始组$ 我喜欢这个例子,但我再次认为可以提出反对意见,认为这不是很自然。 $\端组$ 评论 2010年11月8日13:32
  • 1
    $\开始组$ 这只是康托函数的拉普拉斯变换渐近性(当然,这只是一个例子,但对于类似的函数,你会得到类似的效果)。我想说,这与康托函数本身一样自然。 $\端组$ 评论 2010年11月8日22:15
5
$\开始组$

一些算法的运行时间包括$\log^*n$,$\log$在结果之前的迭代次数最多为$1$。这基本上是四分音基$e$的倒数。例如,用于查找最小权重生成树的Fredman-Tarjan算法的运行时间为$E~\log^*V$,而Clarkson等人用于三角化具有$n$个顶点的简单多边形的随机化算法的运行速度为$n~\log ^*n$。(在这两种情况下,Bernard Chazelle都有渐近更快的算法。)

$\端组$
$\开始组$

假设F是一个有限特征场,u,v,w位于a=F[x,y]。设a_n是向量空间a/(u^n,v^n,w^n)的维数。假设a_1大于0并且是有限的。然后随着n的增长,(an)/(n^2),尽管有界于0之上且远离0,但通常具有振荡的“分形”行为。

$\端组$
1
$\开始组$

迭代指数$\exp^{[n]}(x)$的增长速度比任何初等函数都快。可以构建许多增长更快的函数。

$\端组$
  • 7
    $\开始组$ 是的,但从什么意义上说这些是天然的? $\端组$
    – 乔楚园
    评论 2010年11月8日12:12
  • 4
    $\开始组$ 请参阅sci.tech-archive.net/archive/sci.math.research/2007-03/…用于Tetration的线程物理应用程序。简而言之,迭代指数没有已知的自然发生。 $\端组$
    – 用户37691
    评论 2010年11月8日13:40
  • $\开始组$ “此外,值得注意的是,这些数字出现在组合物理中,出现在量子场论算符的正常排序问题中。”arxiv.org/abs/0812.4047v1但你希望它在什么意义上是自然的呢? $\端组$ 评论 2010年11月8日22:55

你的答案

单击“发布您的答案”,表示您同意我们的服务条款并确认您已阅读我们的隐私政策.

不是你想要的答案吗?浏览标记的其他问题问你自己的问题.