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ヤバイ補題

電波通信
HTML変換日:2026年7月26日

この文章ではℤ≥0={n∈ℤ|n≥0},ℤ+={n∈ℕ|n>0}とする。また A=(a1,a2,⋯,ak),B=(b1,b2,⋯,bk)について

[A,B]=∑i=1kai⁢bi

と書くことにする。

定理 1 (The Horrible Lemma).

ℤ≥0nの任意の有限部分集合Fに対してw=(w1,w2,⋯,wn)∈ℤ+nが存在して次を充たす。

(1) wn=1
(2) p,q∈F,p≠q⟹[w,p]≠[w,q]
証明.

πi:ℤ≥0n→ℤ≥0を第i成分への射影とする。さて

G={πi⁢(a)|a∈F⁢i=1,2,⋯⁢n}

と定義する。つまりFの元の成分全体の集合である。Fが有限集合であるからGも有限集合である。今

L=1+max⁡G

と定義する。このとき

w=(Ln−1,Ln−2,⋯,L0)

と置けば条件は充たされる。まず条件(1)に関しては明らかである。ところでℤ≥0nに辞書式順序≺を導入するつまり

(a1,a2,⋯,an)≺(b1,b2,⋯,bn)⇔∃k⁢a1=b1,a2=a2,⋯,ak−1=bk−1,ak<bk

という順序である。よく知られているようにこの順序は線型順序である。

A=(a1,a2,⋯,an)∈Fに対してL>max⁡Gであるから

[w,A]=a1⁢Ln−1+a2⁢Ln−2+⋯+an

はLを底とした位取り進数表記になっている。よってよく知られているように、A,B∈F,A≺Bならば

[w,A]<[w,B]

である。111要するにL進数は頭から位の大きい順に位毎に大きさを比べていけば大きさの大小がわかるということである。例えば10進数で4625と4689は一番大きい位から順に4=4,6=6,2<8となるので4625<4689という風に大小関係がわかるのである。3244と23は23を0023と考えれば0<3から23<3244がわかる。≺が線型順序であることを思い出せば(2)が充たされることはすぐわかる。 ∎