Anforderungen  |   Konzepte  |   Entwurf  |   Entwicklung  |   Qualitätssicherung  |   Lebenszyklus  |   Steuerung
 
 
 
 


Quelle  sturmsquarefree.pvs   Sprache: PVS

 
sturmsquarefree: THEORY
BEGIN

IMPORTING reals@polynomials,reals@more_polynomial_props,reals@sign,
   polynomial_division,
          number_sign_changes,
          structures@more_list_props,ints@gcd,
   gcd_coeff,structures@sort_array   

  a,r : VAR [nat->real]
  p : VAR [nat->[nat->real]]
  n : VAR [nat->nat]
  d,m,i,j,k : VAR nat
  x,y,c,b : VAR real

  sturm_sequence?(p,n,m): bool =
    LET P = (LAMBDA (k): polynomial(p(k),n(k))) IN
      (FORALL (i): i<m IMPLIES (n(i)>n(i+1) OR n(i+1)=0))  % Decreasing Degree
      AND (FORALL (i): i<=m IMPLIES p(i)(n(i))/=0)
      AND (FORALL (x): P(0)(x)=0 
             IMPLIES sign_ext(P(1)(x)) = 
        sign_ext(polynomial(poly_deriv(p(0)),max(n(0)-1,0))(x)))
      AND (FORALL (x,i): 0<i AND i<m AND P(i)(x)=0 IMPLIES
         sign_ext(P(i-1)(x)) = -sign_ext(P(i+1)(x)))
      AND (FORALL (x,y): sign_ext(P(m)(x)) = sign_ext(P(m)(y)))

  sturm_sequence_degree_1: LEMMA
    n(0)=1 AND n(1)=0 AND p(0)(1)/=0 AND p(1) = poly_deriv(p(0))
    IMPLIES
    sturm_sequence?(p,n,1)

  sturm_seq_repeated_root: LEMMA sturm_sequence?(p,n,m) IMPLIES
    FORALL (i:nat): i+1<=m AND
    polynomial(p(i),n(i))(x)=0 AND polynomial(p(i+1),n(i+1))(x)=0
    IMPLIES
    (FORALL (j:upto(m)): polynomial(p(j),n(j))(x) = 0)

  sturm_seq_last_nonzero: LEMMA
    m>0 AND
    sturm_sequence?(p,n,m) AND
    (FORALL (c:real): polynomial(p(0),n(0))(c)=0 IMPLIES
      polynomial(p(1),n(1))(c)/=0)
    IMPLIES
    FORALL (xyz:real): polynomial(p(m),n(m))(xyz)/=0

  sturm_sig(p,n,m)(x): nat = number_sign_changes(LAMBDA (i): polynomial(p(i),n(i))(x),m)`num

  % Part 1: Proving Sturm's Theorem when f has no multiple roots

  sturm_seq_first_signs_eq: LEMMA
    x<b AND b<y AND
    polynomial(p(0),n(0))(b)=0 AND
    (FORALL (c:real): x<=c AND c<=y AND polynomial(p(0),n(0))(c)=0 IMPLIES
      (polynomial(p(1),n(1))(c)/=0 AND c = b)) AND
    sturm_sequence?(p,n,m)
    IMPLIES
    (polynomial(p(0),n(0))(x)/=0 AND
     polynomial(p(0),n(0))(y)/=0 AND
     sign_ext(polynomial(p(0),n(0))(x)) = -sign_ext(polynomial(p(1),n(1))(b)) AND
     sign_ext(polynomial(p(0),n(0))(y)) = sign_ext(polynomial(p(1),n(1))(b)))

  sturm_lem_no_roots: LEMMA
    x<y AND
    (FORALL (c:real,i:nat): i<=m AND x<=c AND c<=y IMPLIES polynomial(p(i),n(i))(c)/=0) AND
    sturm_sequence?(p,n,m)
    IMPLIES
    sturm_sig(p,n,m)(x) = sturm_sig(p,n,m)(y)

  sturm_lem_one_root: LEMMA
    x<y AND x<b AND b<y AND
    (FORALL (c:real,i:nat): i<=m AND x<=c AND c<=y AND polynomial(p(i),n(i))(c)=0
     IMPLIES c = b) AND
    (FORALL (c:real): x<=c AND c<=y AND polynomial(p(0),n(0))(c)=0 IMPLIES
      (polynomial(p(1),n(1))(c)/=0))
    AND j<=m AND polynomial(p(j),n(j))(b)/=0 AND
    sturm_sequence?(p,n,m)
    IMPLIES
    LET nsc = LAMBDA (xyz:real,pj:nat): number_sign_changes(LAMBDA (i): polynomial(p(i),n(i))(xyz),pj) IN
      sign_ext(nsc(x,j)`lastnz) = sign_ext(nsc(y,j)`lastnz) AND
      nsc(x,j)`num = nsc(y,j)`num+(IF polynomial(p(0),n(0))(b)=0 THEN 1 ELSE 0 ENDIF)

  sturm_lem_edge_root: LEMMA
    x<y AND
    (FORALL (c:real,i:nat): i<=m AND x<=c AND c<=y AND polynomial(p(i),n(i))(c)=0
     IMPLIES c = y) AND
    (FORALL (c:real): x<=c AND c<=y AND polynomial(p(0),n(0))(c)=0 IMPLIES
      (polynomial(p(1),n(1))(c)/=0))
    AND j<=m AND polynomial(p(j),n(j))(y)/=0 AND
    sturm_sequence?(p,n,m) AND
    p(1) = poly_deriv(p(0)) AND n(1) = n(0)-1
    IMPLIES
    LET nsc = LAMBDA (xyz:real,pj:nat): number_sign_changes(LAMBDA (i): polynomial(p(i),n(i))(xyz),pj) IN
      sign_ext(nsc(x,j)`lastnz) = sign_ext(nsc(y,j)`lastnz) AND
      nsc(x,j)`num = nsc(y,j)`num+(IF polynomial(p(0),n(0))(y)=0 THEN 1 ELSE 0 ENDIF)

  roots_between_enum: LEMMA % THIS NEEDS TO BE FOR ALL P(i) NOT JUST P(0)
    x<y AND sturm_sequence?(p,n,m) IMPLIES
      EXISTS ((K:nat|K>=2),enum:[below(K)->real]):
        (FORALL (i,j:below(K)): i<j IMPLIES enum(i)<enum(j)) AND
   enum(0)=x AND enum(K-1)=y AND
   (FORALL (b:real,j:nat): j<=m AND x<b AND b<=y AND polynomial(p(j),n(j))(b)=0 IMPLIES
     EXISTS (i:below(K)): b = enum(i))

  sturm_lem_no_roots_full: LEMMA
    m>0 AND x<y AND
    (FORALL (c:real,i:nat): i<=m AND x<c AND c<=y IMPLIES polynomial(p(i),n(i))(c)/=0) AND
    sturm_sequence?(p,n,m) AND
    (FORALL (c:real): polynomial(p(0),n(0))(c)=0 IMPLIES
      polynomial(p(1),n(1))(c)/=0) AND
    p(1) = poly_deriv(p(0)) AND n(1) = n(0)-1
    IMPLIES
    sturm_sig(p,n,m)(x) = sturm_sig(p,n,m)(y)

  sturm_square_free: LEMMA
    m>0 AND x<y AND (EXISTS (i:upto(n(0))): p(0)(i)/=0) AND
    (FORALL (c:real): polynomial(p(0),n(0))(c)=0 IMPLIES
      (polynomial(p(1),n(1))(c)/=0)) AND
    sturm_sequence?(p,n,m) AND
    p(1) = poly_deriv(p(0)) AND n(1) = n(0)-1
    IMPLIES
      LET nsc = LAMBDA (xyz:real): number_sign_changes(LAMBDA (i): polynomial(p(i),n(i))(xyz),m),
         Nroots = nsc(x)`num-nsc(y)`num
      IN Nroots>=0 AND EXISTS (bij: [below(Nroots)->{xr:real|x<xr AND xr<=y AND polynomial(p(0),n(0))(xr)=0}]):
           bijective?(bij)

  sturm_seq_square_free: LEMMA
    (m>0 AND n(m)=0 AND (FORALL (i:below(m)): p(i)(n(i))/=0) AND
    (FORALL (i,j:upto(m)): i<j IMPLIES n(i)>n(j)) AND
    (FORALL (c:real): polynomial(p(0),n(0))(c)=0 IMPLIES
      (polynomial(p(1),n(1))(c)/=0)) AND
    p(1) = poly_deriv(p(0)) AND n(1) = n(0)-1 AND
    (FORALL (j:nat): j>1 AND j<=m IMPLIES LET pd = poly_divide(p(j-2),n(j-2))(p(j-1),n(j-1))(0) IN
                        EXISTS (c:posreal): 
                        polynomial(p(j),n(j)) = 
        polynomial(-c*pd`rem,pd`rdeg)))
    IMPLIES
      (p(m)(0)/=0 AND sturm_sequence?(p,n,m)) OR
      (p(m)(0) =0 AND sturm_sequence?(p,n,m-1))

END sturmsquarefree

68%


¤ Dauer der Verarbeitung: 0.13 Sekunden  (vorverarbeitet)  ¤

*© Formatika GbR, Deutschland






Wurzel

Suchen

Beweissystem der NASA

Beweissystem Isabelle

NIST Cobol Testsuite

Cephes Mathematical Library

Wiener Entwicklungsmethode

Haftungshinweis

Die Informationen auf dieser Webseite wurden nach bestem Wissen sorgfältig zusammengestellt. Es wird jedoch weder Vollständigkeit, noch Richtigkeit, noch Qualität der bereit gestellten Informationen zugesichert.

Bemerkung:

Die farbliche Syntaxdarstellung ist noch experimentell.






                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                     


Neuigkeiten

     Aktuelles
     Motto des Tages

Software

     Produkte
     Quellcodebibliothek

Aktivitäten

     Artikel über Sicherheit
     Anleitung zur Aktivierung von SSL

Muße

     Gedichte
     Musik
     Bilder

Jenseits des Üblichen ....

Besucherstatistik

Besucherstatistik

Monitoring

Montastic status badge
 




Impressum  | Ethik und Gesetz  | Musik  | Bilder  | Normaldarstellung  | © 2026 JDD |