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¿Hay alguna razón obvia por la que el número de palabras binarias de Lyndon sea igual al número de polinomios irreducibles sobre GF(2)?

El título de la obra de Sloane A001037 es: Número de grados- $n$ polinomios irreducibles sobre $GF(2)$ ; número de $n$ -Collares de cuentas de 2 colores cuando no se permite dar la vuelta y con periodo primitivo $n$ número de palabras binarias de Lyndon de longitud $n$ .

Los primeros términos de la secuencia son (para $n=1,2,...$ ) $2,1,2,3,6,9,...$

La fórmula de la secuencia es $\frac{1}{n}\sum_{d|n}\mu(\frac{n}{d})\cdot 2^d$ .

Conozco la derivación dada por Wilf en Generatingfunctiontology en la página 62. Esta derivación explica por qué la fórmula enumera las palabras binarias de Lyndon y, de forma equivalente, el " $n$ declaración "collares de cuentas" en el título.

Sé que los 2 polinomios irreducibles de grado 1 son $x$ y $x+1$ . El polinomio de grado 2 es $x^2+x+1$ . Los polinomios de grado 3 son $x^3+x^2+1$ y $x^3+x+1$ . Los polinomios de grado 4 son $x^4+x+1$ , $x^4+x^3+x^2+x+1$ y $x^4+x^3+1$ .

Las palabras binarias de Lyndon son: $a(1)=2=\#\{"0","1"\}$ , $a(2)=1=\#\{"01"\}$ , $a(3)=2=\#\{"001","011"\}$ , $a(4)=3=\#\{"0001","0011","0111"\}$

Me gustaría saber si hay una correspondencia fácil entre estos objetos o si hay alguna explicación de por qué la fórmula cuenta el polinomio irreducible sobre $GF(2)$ .

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zyx Puntos 20965

Los collares y las palabras de Lyndon (del mismo tamaño) cuentan los mismos objetos. Cada collar representa una clase de equivalencia con respecto a la rotación, y la palabra Lyndon es la forma de elegir un único representante de cada clase. Así que la equivalencia más canónica puede ser de collares a polinomios irreducibles.

Polinomios irreducibles mónicos de grado $n$ son iguales a las órbitas de Galois de tamaño $n$ . Siendo los grupos de Galois de campos finitos cíclicos, aquellos son de longitud cíclica $n$ Órbitas de Galois, que (por el grado del polinomio irreducible) están en el grado único $n$ extensión del campo finito.

¿Cómo es esa órbita? El grado $n$ extensión de campo finito $F$ es un $n$ espacio vectorial dimensional sobre $F$ . Tiene una base sobre la que el grupo de Galois actúa por permutaciones, es decir, por una acción cíclica de orden $n$ . Dada la base tenemos la correspondencia: elementos de $F^n$ son collares, elementos de $F$ son los colores de las cuentas del collar, el grupo de Galois gira los collares, las órbitas de Galois son los conjuntos de raíces de polinomios irreducibles mónicos.

Nada requiere $|F|=2$ en este argumento.

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