karlsruher institut f¨ur technologie matthias schulz, geb...
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Ubung “Grundbegriffe der Informatik”
Karlsruher Institut fur Technologie
Matthias Schulz, Gebaude 50.34, Raum 034
email: [email protected]
1
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Huffman-Codierung
Artikel im ...
• Deutschen: der, die, das
.
2
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Huffman-Codierung
Artikel im ...
• Deutschen: der, die, das
• Englischen: the
.
3
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Huffman-Codierung
Artikel im ...
• Deutschen: der, die, das
• Englischen: the
• Franzosischen: le, la
.
4
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Huffman-Codierung
Artikel im ...
• Deutschen: der, die, das
• Englischen: the
• Franzosischen: le, la
• Schwedischen: fattningsformaga
5
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Huffman-Codierung
Artikel im ...
• Deutschen: der, die, das
• Englischen: the
• Franzosischen: le, la
• Schwedischen: fattningsformaga
Plausibel?
6
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Huffman-Codierung
Artikel im ...
• Deutschen: der, die, das
• Englischen: the
• Franzosischen: le, la
• Schwedischen: fattningsformaga
→ Haufig gebrauchte Worter im Allgemeinen kurz!
7
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Huffman-Codierung
w = aabaacabaacaabaaacacaabbaccabbaaaabbaccaaa
aaaabaacaabbabbacaabaacaaccaaaaaaaccaaaaaaaccacc
.
8
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Huffman-Codierung
w = aabaacabaacaabaaacacaabbaccabbaaaabbaccaaa
aaaabaacaabbabbacaabaacaaccaaaaaaaccaaaaaaaccacc
• Schritt 1: Wort in Blocke unterteilen (hier: Lange 3):
aab aac aba aca aba aac aca abb acc abb aaa abb acc aaa aaa aba
aca abb abb aca aba aca acc aaa aaa acc aaa aaa acc acc
.
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Huffman-Codierung
w = aabaacabaacaabaaacacaabbaccabbaaaabbaccaaa
aaaabaacaabbabbacaabaacaaccaaaaaaaccaaaaaaaccacc
• Schritt 1: Wort in Blocke unterteilen (hier: Lange 3):
aab aac aba aca aba aac aca abb acc abb aaa abb acc aaa aaa aba
aca abb abb aca aba aca acc aaa aaa acc aaa aaa acc acc
• Schritt 2: Vorkommen zahlen:
aab− 1, aac− 2, aba− 4, aca− 5, abb− 5, acc− 6, aaa− 7
.
10
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Huffman-Codierung
w = aabaacabaacaabaaacacaabbaccabbaaaabbaccaaa
aaaabaacaabbabbacaabaacaaccaaaaaaaccaaaaaaaccacc
• Schritt 1: Wort in Blocke unterteilen (hier: Lange 3):
aab aac aba aca aba aac aca abb acc abb aaa abb acc aaa aaa aba
aca abb abb aca aba aca acc aaa aaa acc aaa aaa acc acc
• Schritt 2: Vorkommen zahlen:
aab− 1, aac− 2, aba− 4, aca− 5, abb− 5, acc− 6, aaa− 7
• Schritt 3: Baum erstellen.
11
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Huffman-Codierung
w = aabaacabaacaabaaacacaabbaccabbaaaabbaccaaa
aaaabaacaabbabbacaabaacaaccaaaaaaaccaaaaaaaccacc
• Schritt 4: Codierung der einzelnen Blocke ablesen:
aab− 0000, aac− 0001, aba− 001, aca− 100,
abb− 101, acc− 01, aaa− 11
.
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Huffman-Codierung
w = aabaacabaacaabaaacacaabbaccabbaaaabbaccaaa
aaaabaacaabbabbacaabaacaaccaaaaaaaccaaaaaaaccacc
• Schritt 4: Codierung der einzelnen Blocke ablesen:
aab− 0000, aac− 0001, aba− 001, aca− 100,
abb− 101, acc− 01, aaa− 11
• Schritt 5: Ubersetzen:
c(w) = 00000001001100001000110010101101111010111
110011001011011000011000111110111110101
.
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aab,1 aac,2
aba,4
acc,6
aca,5 abb,5
aaa,7
14
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aab,1 aac,2
aba,4
acc,6
aca,5 abb,5
aaa,7
3
15
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aab,1 aac,2
aba,4
acc,6
aca,5 abb,5
aaa,7
3
7
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aab,1 aac,2
aba,4
acc,6
aca,5 abb,5
aaa,7
3
7 10
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aab,1 aac,2
aba,4
acc,6
aca,5 abb,5
aaa,7
3
7 10
13
18
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aab,1 aac,2
aba,4
acc,6
aca,5 abb,5
aaa,7
3
7 10
13 17
19
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aab,1 aac,2
aba,4
acc,6
aca,5 abb,5
aaa,7
3
7 10
13 17
30
20
![Page 21: Karlsruher Institut f¨ur Technologie Matthias Schulz, Geb ...gbi09.ira.uka.de/uebung/uebung-6.pdfUbung “Grundbegriffe der Informatik”¨ Karlsruher Institut f¨ur Technologie](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022041302/5e12022363a282641e4b4844/html5/thumbnails/21.jpg)
aab,1 aac,2
aba,4
acc,6
aca,5 abb,5
aaa,7
3
0 1
7
0 1
10
0 1
13
0 1
17
0 1
30
0 1
21
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Graphen
Gesucht: Moglichst viele gerichtete Baume mit 4 Knoten,
von denen keine zwei isomorph sind.
.
22
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Graphen
Gesucht: Moglichst viele gerichtete Baume mit 4 Knoten,
von denen keine zwei isomorph sind.
Also: Knotenbeschriftungen weglassen!
.
23
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Graphen
Gesucht: Moglichst viele gerichtete Baume mit 4 Knoten,
von denen keine zwei isomorph sind.
Beispiel fur isomorphe Graphen:
24
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Graphen
Gesucht: Moglichst viele gerichtete Baume mit 4 Knoten,
von denen keine zwei isomorph sind.
Uberlegung: Betrachte erstmal alle ungerichteten Baume
mit vier Knoten.
.
25
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Graphen
Gesucht: Moglichst viele gerichtete Baume mit 4 Knoten,
von denen keine zwei isomorph sind.
Uberlegung: Betrachte erstmal alle ungerichteten Baume
mit vier Knoten.
26
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Graphen
Gesucht: Moglichst viele gerichtete Baume mit 4 Knoten,
von denen keine zwei isomorph sind.
Uberlegung: Welche Knoten sind “gleichwertig”?
27
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Graphen
Gesucht: Moglichst viele gerichtete Baume mit 4 Knoten,
von denen keine zwei isomorph sind.
Uberlegung: Welche Knoten sind “gleichwertig”?
1 2 2 1
3 4 3
3
28
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Graphen
Gesucht: Moglichst viele gerichtete Baume mit 4 Knoten,
von denen keine zwei isomorph sind.
Pro gleichwertigen Knoten v: Ein Baum mit Wurzel v.
1 2 2 1
3 4 3
3
29
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Graphen
Gesucht: Moglichst viele gerichtete Baume mit 4 Knoten,
von denen keine zwei isomorph sind.
Pro gleichwertigen Knoten v: Ein Baum mit Wurzel v.
30
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Graphen
Gn = (Vn, En)
Vn = Gn
En = {{x, y} | ggt(|x− y|, n) = 1}
Zeichne G6, G8, G9.
.
31
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Graphen
Gn = (Vn, En)
Vn = Gn
En = {{x, y} | ggt(|x− y|, n) = 1}
Zeichne G6, G8, G9.
Schritt 1: Knoten halbwegs ubersichtlich anordnen.
.
32
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Graphen
Gn = (Vn, En)
Vn = Gn
En = {{x, y} | ggt(|x− y|, n) = 1}
Zeichne G6, G8, G9.
Schritt 1: Knoten halbwegs ubersichtlich anordnen.
→ Guter Start: (Halbwegs) Regelmaßiges |V |-Eck.
.
33
![Page 34: Karlsruher Institut f¨ur Technologie Matthias Schulz, Geb ...gbi09.ira.uka.de/uebung/uebung-6.pdfUbung “Grundbegriffe der Informatik”¨ Karlsruher Institut f¨ur Technologie](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022041302/5e12022363a282641e4b4844/html5/thumbnails/34.jpg)
G6:
0
1 2
3
45
34
![Page 35: Karlsruher Institut f¨ur Technologie Matthias Schulz, Geb ...gbi09.ira.uka.de/uebung/uebung-6.pdfUbung “Grundbegriffe der Informatik”¨ Karlsruher Institut f¨ur Technologie](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022041302/5e12022363a282641e4b4844/html5/thumbnails/35.jpg)
G8:
0
1 2
3
4
56
7
35
![Page 36: Karlsruher Institut f¨ur Technologie Matthias Schulz, Geb ...gbi09.ira.uka.de/uebung/uebung-6.pdfUbung “Grundbegriffe der Informatik”¨ Karlsruher Institut f¨ur Technologie](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022041302/5e12022363a282641e4b4844/html5/thumbnails/36.jpg)
G9:
0
1
23
4
5
67
8
36
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Graphen
Gn = (Vn, En)
Vn = Gn
En = {{x, y} | ggt(|x− y|, n) = 1}
Zeichne G6, G8, G9.
Schritt 2: Wahle Knoten x fest. Suche alle y mit {x, y} ∈ E.
.
37
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Graphen
Gn = (Vn, En)
Vn = Gn
En = {{x, y} | ggt(|x− y|, n) = 1}
Zeichne G6, G8, G9.
Schritt 2: Wahle Knoten x fest. Suche alle y mit {x, y} ∈ E.
Beispiel: G6, x = 0, y ∈ {1,5}
.
38
![Page 39: Karlsruher Institut f¨ur Technologie Matthias Schulz, Geb ...gbi09.ira.uka.de/uebung/uebung-6.pdfUbung “Grundbegriffe der Informatik”¨ Karlsruher Institut f¨ur Technologie](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022041302/5e12022363a282641e4b4844/html5/thumbnails/39.jpg)
Graphen
Gn = (Vn, En)
Vn = Gn
En = {{x, y} | ggt(|x− y|, n) = 1}
Zeichne G6, G8, G9.
Schritt 2: Wahle Knoten x fest. Suche alle y mit {x, y} ∈ E.
Beispiel: G8, x = 2, y ∈ {1,3,5,7}
.
39
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Graphen
Gn = (Vn, En)
Vn = Gn
En = {{x, y} | ggt(|x− y|, n) = 1}
Zeichne G6, G8, G9.
Schritt 2: Wahle Knoten x fest. Suche alle y mit {x, y} ∈ E.
Beispiel: G9, x = 5, y ∈ {0,1,3,4,6,7}
.
40
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Graphen
Gn = (Vn, En)
Vn = Gn
En = {{x, y} | ggt(|x− y|, n) = 1}
Zeichne G6, G8, G9.
Schritt 3: Verbinde x mit allen y, fur die {x, y} ∈ E gilt.
.
41
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G6:
0
1 2
3
45
42
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G8:
0
1 2
3
4
56
7
43
![Page 44: Karlsruher Institut f¨ur Technologie Matthias Schulz, Geb ...gbi09.ira.uka.de/uebung/uebung-6.pdfUbung “Grundbegriffe der Informatik”¨ Karlsruher Institut f¨ur Technologie](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022041302/5e12022363a282641e4b4844/html5/thumbnails/44.jpg)
G9:
0
1
23
4
5
67
8
44
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Graphen
Gn = (Vn, En)
Vn = Gn
En = {{x, y} | ggt(|x− y|, n) = 1}
Zeichne G6, G8, G9.
Schritt 4: Wiederhole Schritte 2, 3 fur alle Knoten.
.
45
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G6:
0
1 2
3
45
46
![Page 47: Karlsruher Institut f¨ur Technologie Matthias Schulz, Geb ...gbi09.ira.uka.de/uebung/uebung-6.pdfUbung “Grundbegriffe der Informatik”¨ Karlsruher Institut f¨ur Technologie](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022041302/5e12022363a282641e4b4844/html5/thumbnails/47.jpg)
G8:
0
1 2
3
4
56
7
47
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G9:
0
1
23
4
5
67
8
48
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Graphen
Gn = (Vn, En)
Vn = Gn
En = {{x, y} | ggt(|x− y|, n) = 1}
Zeigen Sie fur alle n ∈ N+ : n ≥ 3 ⇒ Gn ist Teilgraph von
Gn2.
.
49
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Graphen
Gn = (Vn, En)
Vn = Gn
En = {{x, y} | ggt(|x− y|, n) = 1}
Zeigen Sie fur alle n ∈ N+ : n ≥ 3 ⇒ Gn ist Teilgraph von
Gn2.
Schritt 1: Fur n ≥ 3 gilt n2 ≥ n ⇒ Gn ⊆ Gn2 ⇒ Vn ⊆ Vn2.
.
50
![Page 51: Karlsruher Institut f¨ur Technologie Matthias Schulz, Geb ...gbi09.ira.uka.de/uebung/uebung-6.pdfUbung “Grundbegriffe der Informatik”¨ Karlsruher Institut f¨ur Technologie](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022041302/5e12022363a282641e4b4844/html5/thumbnails/51.jpg)
Graphen
Gn = (Vn, En)
Vn = Gn
En = {{x, y} | ggt(|x− y|, n) = 1}
Zeigen Sie fur alle n ∈ N+ : n ≥ 3 ⇒ Gn ist Teilgraph von
Gn2.
Schritt 2: En ⊆ En2:
Sei {x, y} ∈ En ⇒ ggt(|x− y|, n) = 1.
.
51
![Page 52: Karlsruher Institut f¨ur Technologie Matthias Schulz, Geb ...gbi09.ira.uka.de/uebung/uebung-6.pdfUbung “Grundbegriffe der Informatik”¨ Karlsruher Institut f¨ur Technologie](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022041302/5e12022363a282641e4b4844/html5/thumbnails/52.jpg)
Graphen
Gn = (Vn, En)
Vn = Gn
En = {{x, y} | ggt(|x− y|, n) = 1}
Zeigen Sie fur alle n ∈ N+ : n ≥ 3 ⇒ Gn ist Teilgraph von
Gn2.
Schritt 2: En ⊆ En2:
Sei {x, y} ∈ En ⇒ ggt(|x− y|, n) = 1.
Sei g = ggt(|x− y|, n2). Angenommen, g 6= 1.
.
52
![Page 53: Karlsruher Institut f¨ur Technologie Matthias Schulz, Geb ...gbi09.ira.uka.de/uebung/uebung-6.pdfUbung “Grundbegriffe der Informatik”¨ Karlsruher Institut f¨ur Technologie](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022041302/5e12022363a282641e4b4844/html5/thumbnails/53.jpg)
Graphen
Gn = (Vn, En)
Vn = Gn
En = {{x, y} | ggt(|x− y|, n) = 1}
Zeigen Sie fur alle n ∈ N+ : n ≥ 3 ⇒ Gn ist Teilgraph von
Gn2.
Schritt 2: En ⊆ En2:
Sei {x, y} ∈ En ⇒ ggt(|x− y|, n) = 1.
Sei g = ggt(|x− y|, n2). Angenommen, g 6= 1.
Sei p eine Primzahl, die g teilt.
53
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Graphen
Gn = (Vn, En)
Vn = Gn
En = {{x, y} | ggt(|x− y|, n) = 1}
Zeigen Sie fur alle n ∈ N+ : n ≥ 3 ⇒ Gn ist Teilgraph von
Gn2.
Schritt 2: En ⊆ En2:
Sei {x, y} ∈ En ⇒ ggt(|x− y|, n) = 1.
Sei g = ggt(|x− y|, n2). Angenommen, g 6= 1.
Sei p eine Primzahl, die g teilt. Dann teilt p |x− y| und n2.
54
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Graphen
Gn = (Vn, En)
Vn = Gn
En = {{x, y} | ggt(|x− y|, n) = 1}
Zeigen Sie fur alle n ∈ N+ : n ≥ 3 ⇒ Gn ist Teilgraph von
Gn2.
Schritt 2: En ⊆ En2:
Sei {x, y} ∈ En ⇒ ggt(|x− y|, n) = 1.
Sei g = ggt(|x− y|, n2). Angenommen, g 6= 1.
Sei p eine Primzahl, die g teilt. Dann teilt p |x− y| und n2.
Dann teilt p |x− y| und n ⇒ ggt(|x− y|, n) ≥ p 6= 1.
55
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Graphen
Gn = (Vn, En)
Vn = Gn
En = {{x, y} | ggt(|x− y|, n) = 1}
Zeigen Sie fur alle n ∈ N+ : n ≥ 3 ⇒ Gn ist Teilgraph von
Gn2.
Schritt 2: En ⊆ En2:
Sei {x, y} ∈ En ⇒ ggt(|x− y|, n) = 1.
Sei g = ggt(|x− y|, n2). Angenommen, g 6= 1.
Dies fuhrt zu einem Widerspruch, und es folgt ggt(|x −y|, n2) = 1
56
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Graphen
Gn = (Vn, En)
Vn = Gn
En = {{x, y} | ggt(|x− y|, n) = 1}
Zeigen Sie fur alle n ∈ N+ : n ≥ 3 ⇒ Gn ist Teilgraph von
Gn2.
Schritt 2: En ⊆ En2:
Sei {x, y} ∈ En ⇒ ggt(|x− y|, n) = 1.
Es folgt ggt(|x− y|, n2) = 1 und damit {x, y} ∈ En2.
57
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Graphen
Gn = (Vn, En)
Vn = Gn
En = {{x, y} | ggt(|x− y|, n) = 1}
Zeigen Sie fur alle n ∈ N+ : n ≥ 3 ⇒ Gn ist Teilgraph von
Gn2.
Schritt 2: En ⊆ En2:
Sei {x, y} ∈ En ⇒ ggt(|x− y|, n) = 1.
Es folgt ggt(|x− y|, n2) = 1 und damit {x, y} ∈ En2.
Daraus folgt die Behauptung.
58
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Nachtrag
Braucht man so etwa wie F : BA × A → BA in der Praxis?
.
59
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Nachtrag
Braucht man so etwa wie F : BA × A → BA in der Praxis?
Beispiel: Integral!
.
60
![Page 61: Karlsruher Institut f¨ur Technologie Matthias Schulz, Geb ...gbi09.ira.uka.de/uebung/uebung-6.pdfUbung “Grundbegriffe der Informatik”¨ Karlsruher Institut f¨ur Technologie](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022041302/5e12022363a282641e4b4844/html5/thumbnails/61.jpg)
Nachtrag
Braucht man so etwa wie F : BA × A → BA in der Praxis?
Beispiel: Integral!
F : RR × R → RR
(f, a) 7→ (x 7→∫ xa f(u) du) oder
∀f ∈ RR∀a ∈ R∀x ∈ R : (F(f, a))(x) =∫ xa f(u) du
.
61
![Page 62: Karlsruher Institut f¨ur Technologie Matthias Schulz, Geb ...gbi09.ira.uka.de/uebung/uebung-6.pdfUbung “Grundbegriffe der Informatik”¨ Karlsruher Institut f¨ur Technologie](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022041302/5e12022363a282641e4b4844/html5/thumbnails/62.jpg)
Aufgabe 4.3
(S ⇒∗ w) ⇒ NS(w) +Na(w) > Nb(w)
.
62
![Page 63: Karlsruher Institut f¨ur Technologie Matthias Schulz, Geb ...gbi09.ira.uka.de/uebung/uebung-6.pdfUbung “Grundbegriffe der Informatik”¨ Karlsruher Institut f¨ur Technologie](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022041302/5e12022363a282641e4b4844/html5/thumbnails/63.jpg)
Aufgabe 4.3
∀i ∈ N0 : (S ⇒i w) ⇒ NS(w) +Na(w) > Nb(w)
Induktionsanfang: i = 0: Klar.
.
63
![Page 64: Karlsruher Institut f¨ur Technologie Matthias Schulz, Geb ...gbi09.ira.uka.de/uebung/uebung-6.pdfUbung “Grundbegriffe der Informatik”¨ Karlsruher Institut f¨ur Technologie](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022041302/5e12022363a282641e4b4844/html5/thumbnails/64.jpg)
Aufgabe 4.3
∀i ∈ N0 : (S ⇒i w) ⇒ NS(w) +Na(w) > Nb(w)
Induktionsvoraussetzung: (S ⇒i w) ⇒ NS(w) + Na(w) >
Nb(w).
.
64
![Page 65: Karlsruher Institut f¨ur Technologie Matthias Schulz, Geb ...gbi09.ira.uka.de/uebung/uebung-6.pdfUbung “Grundbegriffe der Informatik”¨ Karlsruher Institut f¨ur Technologie](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022041302/5e12022363a282641e4b4844/html5/thumbnails/65.jpg)
Aufgabe 4.3
∀i ∈ N0 : (S ⇒i w) ⇒ NS(w) +Na(w) > Nb(w)
Induktionsschluss: (S ⇒i+1 w′) ⇒ NS(w) +Na(w) > Nb(w):
(S ⇒i+1 w′) ⇒ S ⇒i w ⇒ w′
⇒ ∃w1, w2 ∈ {a, b, S}∗ : w = w1Sw2∧w′ ∈ {w1aw2, w1aSbw2, w1aSw2}.
Fur jeden Fall mit IV Behauptung zeigen.
.
65