【算法分析与设计】研究生第一次算法作业latex源码+pdf
pdf:【免费】【算法分析与设计】研究生第一次算法作业:大O符号性质的数学证明及应用资源-CSDN下载
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\title{\heiti{《算法分析与设计》第1次作业}}
\date{}
\begin{document}
\maketitle
\section*{\heiti \color{red}{证明题}}
\noindent
{\bf 题目:}证明下面五个关系式
\begin{enumerate}
\item $O(f) + O(g) = O(f + g)$
\item $O(f) \cdot O(g) = O(f \cdot g)$
\item 如果 $g(N) = O(f(N)) \Rightarrow O(f) + O(g) = O(f)$
\item $O(c f(N)) = O(f(N))$
\item $f = O(f)$
\end{enumerate}
\vspace{5pt}
\noindent
{\bf 证明:}
\begin{proof} (1)
设 $F(N) = O(f)$,即存在正常数 $C_1$ 和 $N_1$,对任意 $N \geq N_1$,有
$$ F(N) \leq C_1 f(N). $$
同理,设 $G(N) = O(g)$,存在正常数 $C_2$ 和 $N_2$,对任意 $N \geq N_2$,有
$$ G(N) \leq C_2 g(N). $$
令 $C_3 = \max\{C_1, C_2\}$,则对任意 $N \geq \max\{N_1, N_2\}$,
\[
F(N) + G(N) \leq C_1 f(N) + C_2 g(N) \leq C_3 (f(N) + g(N)).
\]
因此,$O(f) + O(g) = O(f + g)$。
\end{proof}
\begin{proof} (2)
设 $F(N) = O(f)$,$G(N) = O(g)$,则存在正常数 $C_1, C_2$ 和 $N_1, N_2$,使得
\[
F(N) \leq C_1 f(N) \quad \text{且} \quad G(N) \leq C_2 g(N).
\]
令 $C_3 = C_1 C_2$,对任意 $N \geq \max\{N_1, N_2\}$,
\[
F(N) \cdot G(N) \leq C_1 C_2 f(N) g(N) = C_3 f(N) g(N).
\]
因此,$O(f) \cdot O(g) = O(f \cdot g)$。
\end{proof}
\begin{proof} (3)
已知 \( g(N) = O(f(N)) \),即存在正常数 \( C_1 \) 和 \( N_1 \),对任意 \( N \geq N_1 \),有
$$ g(N) \leq C_1 f(N). $$
设 \( G(N) = O(g) \),则存在正常数 \( C_2 \) 和 \( N_2 \),对任意 \( N \geq N_2 \),有
$$ G(N) \leq C_2 g(N) \leq C_1 C_2 f(N). $$
令 \( C_3 = \max\{C_1, C_1 C_2\} \),则对任意 \( N \geq \max\{N_1, N_2\} \),
$$ F(N) + G(N) \leq C_3 f(N). $$
因此,\( O(f) + O(g) = O(f) \)。\qedhere
\end{proof}
\begin{proof} (4)
设 \( F(N) = O(c f(N)) \),即存在正常数 \( C_1 \) 和 \( N_1 \),对任意 \( N \geq N_1 \),有
$$ F(N) \leq C_1 \cdot c f(N). $$
令 \( C_2 = C_1 \cdot c \),则
$$ F(N) \leq C_2 f(N). $$
因此,\( O(c f(N)) = O(f(N)) \)。\qedhere
\end{proof}
\begin{proof} (5)
对任意函数 \( f(N) \),取常数 \( C = 2 \),则对任意 \( N \geq 1 \),
$$ f(N) \leq 2 f(N). $$
显然满足 \( f(N) = O(f(N)) \)。\qedhere
\end{proof}
\end{document}
\end{document}