Математическое просвещение
Сложность алгоритмов при построениях циркулем и линейкой
М. В. Алехнович,
А. Я. Белов Дом научно-технического творчества молодежи
Аннотация:
Статья посвящена следующей задаче. Пусть на плоскости отмечены две точки
$A$ и
$B$ и задано натуральное число
$n$. Наша цель — построить на прямой, проходящей через эти точки, третью точку
$C$ так, чтобы длина
$AC$ была в
$n$ раз больше длины
$AB$, с помощью линейки и (или) циркуля (при этом прямая
$AB$ считается проведённой). На каждом шаге мы можем либо проводить линейкой прямую через две отмеченные точки, либо окружность с центром в отмеченной точке радиуса, равного расстоянию между отмеченными точками. При пересечении проведённых прямых и окружностей возникают новые отмеченные точки. Обозначим через
$\text{Ц}(n)$ минимальное число шагов, необходимое при решении задачи одним циркулем, а через
$\text{ЦЛ}(n)$ — необходимых при решении её циркулем и линейкой. Задача заключается в оценке асимптотического поведения функций
$\text{Ц}(n)$ и
$\text{ЦЛ}(n)$. Основной результат работы заключается в следующем: существуют такие константы
$c_1,c_2>0$, что: а)
$c_1\ln n\le\text{Ц}(n)\le c_2\ln n$, б) $c_1\ln\ln n\le\text{ЦЛ}(n)\le\frac{c_2\ln n}{\ln\ln n}$. Наиболее интересный результат получается при нижней оценке функции
$\text{ЦЛ}(n)$, где совершенно неожиданно возникают чисто алгебраические понятия, такие как высота числа и др.
Ключевые слова:
сложность вычислений, высота числа, алгебраическая сложность.
УДК:
510.52+
514.112 Поступила в редакцию: 01.12.1996