Merge branch 'master' of gitlab.enbewe.de:eNBeWe/n-kaffee-problem

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Nis Börge Wechselberg 2014-11-29 17:12:41 +01:00
commit cf9cdcc6d4

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@ -33,6 +33,8 @@
\newcommand{\beisautorefname}{Beispiel} \newcommand{\beisautorefname}{Beispiel}
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
%% Dokumentinformationen %% Dokumentinformationen
@ -119,7 +121,7 @@ Um das Kaffee-Problem betrachten zu können,
müssen wir zunächst eine geeignete Menge von Personen definieren, müssen wir zunächst eine geeignete Menge von Personen definieren,
die das Problem überhaupt interessiert.\footnote{% die das Problem überhaupt interessiert.\footnote{%
Hierzu gehört offenbar der Leser, Hierzu gehört offenbar der Leser,
sonst würde er diesen Stuss ja nicht lesen} sonst würde er diese Ausarbeitung sicher nicht lesen.}
\begin{defi}[Kaffeekränzchen] \begin{defi}[Kaffeekränzchen]
\label{def:kaffeekraenzchen} \label{def:kaffeekraenzchen}
@ -210,9 +212,10 @@ Betrachten wir das Beispiel \(n=2\).
\label{beis:2-kaffee-problem} \label{beis:2-kaffee-problem}
Sei \(K\) ein 2-Kaffeekränzchen und Sei \(K\) ein 2-Kaffeekränzchen und
\(k\) eine K-Kaffeekasse. \(k\) eine K-Kaffeekasse.
Nehmen wir an, dass bisher \(p_1\) zweimal Nehmen wir an,
einen Kaffee für \(p_2\) bezahlt hat, dass bisher \(p_1\) zweimal
dann ergibt sich der Zustand \(k = (-2,2)\). einen Kaffee für \(p_2\) bezahlt hat.
Dann ergibt sich der Zustand \(k = (-2,2)\).
Es lässt sich leicht erkennen, Es lässt sich leicht erkennen,
dass stets $\Delta_1 = - \Delta_2$ gelten muss. dass stets $\Delta_1 = - \Delta_2$ gelten muss.
@ -237,7 +240,7 @@ Das ist die Aussage des folgenden Satzes.
und \(k\) eine Kaffeekasse und \(k\) eine Kaffeekasse
über dem \(n\)-Kaffeekränzchen \(K\). über dem \(n\)-Kaffeekränzchen \(K\).
Um das \(n\)-Kaffee-Problem zu lösen Um das \(n\)-Kaffee-Problem zu lösen
genügt eine \((n-1)\)-Kaffeekasse. genügen \(n-1\) Komponenten von \(k\).
\end{satz} \end{satz}
\begin{proof} \begin{proof}
Nach \autoref{def:kaffeekasse} gilt: Nach \autoref{def:kaffeekasse} gilt:
@ -258,24 +261,27 @@ Das ist die Aussage des folgenden Satzes.
\subsection{Explizite Kaffeekassen und das Kaffee-Paradoxon} \subsection{Explizite Kaffeekassen und das Kaffee-Paradoxon}
\label{sub:kaffeeparadoxon} \label{sub:kaffeeparadoxon}
Die in \autoref{def:kaffeekasse} definierte Kaffeekasse Mit der in \autoref{def:kaffeekasse} definierte Kaffeekasse gibt an,
modelliert einen gemeinsamen Kaffeepool innerhalb des Kaffeekränzchens. wie viele Kaffees eine Person insgesamt noch bekommt oder schuldet.
Diese Kaffeekasse kann auch als \emph{bilanzierende Kaffeekasse} bezeichnet werden. Im Allgemeinen lässt sich aber nicht entscheiden,
Als alternative Notation könnte auch eine explizite Kaffeekasse vorgehalten werden, von wem sie noch Kaffees bekommt
oder wem sie Kaffees schuldet.
Die Kaffeekasse ist also eine \emph{bilanzierende Kaffeekasse}.
Alternativ könnte auch eine explizite Kaffeekasse geführt werden,
in der alle Kaffeeschulden innerhalb des Kaffeekränzchens einzeln ausgewiesen werden. in der alle Kaffeeschulden innerhalb des Kaffeekränzchens einzeln ausgewiesen werden.
\begin{defi}[Explizite Kaffeekasse] \begin{defi}[Explizite Kaffeekasse]
\label{def:explizitekaffeekasse} \label{def:explizitekaffeekasse}
Sei \(n \in \naturals_{\geq2}\) und \(K\) ein \(n\)-Kaffeekränzchen. Sei \(n \in \naturals_{\geq2}\) und \(K\) ein \(n\)-Kaffeekränzchen.
Eine \emph{explizite K-Kaffeekasse} ist die Matrix Eine \emph{explizite K-Kaffeekasse}
\( \kappa \in \naturals^{n\times n} \) wobei gilt: ist eine Matrix \( \kappa \in \naturals^{n\times n} \) mit:
\begin{enumerate} \begin{enumerate}
\item \( \delta_{i,i} = 0 \) für alle \( i \in \naturals_{\leq n} \) \item \( \delta_{i,i} = 0 \) für alle \( i \in \naturals_{\leq n} \)
\item \( \delta_{i,j} = -\delta_{j,i} \) für alle \( i,j \in \naturals_{\leq n} \) \item \( \delta_{i,j} = -\delta_{j,i} \) für alle \( i,j \in \naturals_{\leq n} \)
\end{enumerate} \end{enumerate}
Hierbei verhalten sich die einzelnen Kaffeedeltas $\delta_{i, j}$ wie folgt: Hierbei verhalten sich die einzelnen Kaffeedeltas $\delta_{i, j}$ wie folgt:
\begin{align*} \begin{align*}
\delta_{i,j} < 0 &: \enspace p_j \text{ schuldet } p_i \text{ noch } |\delta_{ij}| \text{ Kaffees.} \\ \delta_{i,j} < 0 &: \enspace p_i \text{ bekommt von } p_j \text{ noch } |\delta_{ij}| \text{ Kaffees.} \\
\delta_{i,j} = 0 &: \enspace \text{Die Kaffeebilanz zwischen }p_i\text{ und }p_j\text{ ist ausgeglichen.} \\ \delta_{i,j} = 0 &: \enspace \text{Die Kaffeebilanz zwischen }p_i\text{ und }p_j\text{ ist ausgeglichen.} \\
\delta_{i,j} > 0 &: \enspace p_i \text{ schuldet } p_j \text{ noch } \delta_{ij} \text{ Kaffees.} \delta_{i,j} > 0 &: \enspace p_i \text{ schuldet } p_j \text{ noch } \delta_{ij} \text{ Kaffees.}
\end{align*} \end{align*}
@ -308,9 +314,10 @@ analog zu \autoref{def:kaffeekassentransition}.
für \(k,l \in \naturals_{\leq n}\). für \(k,l \in \naturals_{\leq n}\).
\end{defi} \end{defi}
\begin{satz} \begin{satz}[Bilanzierender Kaffeekassenexplikationssatz]
Sei \(n \in \naturals\), \(K\) ein \(n\)-Kaffeekränzchen Sei \(n \in \naturals\), \(K\) ein \(n\)-Kaffee\-kränzchen
und \( \kappa \) eine explizite \(K\)-Kaffeekasse. Dann existiert eine entsprechende, und \( \kappa \) eine explizite \(K\)-Kaffeekasse.
Dann existiert eine entsprechende
bilanzierende \(K\)-Kaffeekasse. bilanzierende \(K\)-Kaffeekasse.
\end{satz} \end{satz}
\begin{proof} \begin{proof}
@ -327,12 +334,12 @@ analog zu \autoref{def:kaffeekassentransition}.
\begin{beob}[Kaffeeparadoxon] \begin{beob}[Kaffeeparadoxon]
\label{beob:kaffeparadoxon} \label{beob:kaffeparadoxon}
Betrachten wir das 3-Kaffeekränzchen \( K = {p_1, p_2, p_3} \) Betrachten wir das 3-Kaffeekränzchen \( K = {p_1, p_2, p_3} \)
und ihre explizite Kaffeekasse \(\kappa\). und ihre explizite Kaffeekasse \(\kappa\).
Nehmen wir an \(p_2\) hat bisher Nehmen wir an \(p_2\) hat bisher
jeweils einen Kaffee für \(p_1\) und \(p_3\) bezahlt. jeweils einen Kaffee für \(p_1\) und \(p_3\) bezahlt.
Weiter hat \(p_3\) \(p_1\) einen Kaffee ausgegeben. Weiter hat \(p_3\) \(p_1\) einen Kaffee ausgegeben.
Somit ergibt sich Somit ergibt sich
\[\kappa = \left( \[\kappa = \left(
\begin{array}{rrr} \begin{array}{rrr}
0 & 1 & 1 \\ 0 & 1 & 1 \\
@ -436,14 +443,14 @@ Als alternative Darstellung kann ein
geradliniges, nichtorthgonales Koordiantensystem geradliniges, nichtorthgonales Koordiantensystem
gewählt werden. In \autoref{fig:3-kaffee-schief} gewählt werden. In \autoref{fig:3-kaffee-schief}
schneiden sich die Achsen schneiden sich die Achsen
mit einem Winkel von 60\degree. mit einem Winkel von 60\degree.
Bei dieser Art des Koordinatensystems Bei dieser Art des Koordinatensystems
können die selben Koordinaten verwendet werden, können die selben Koordinaten verwendet werden,
die bereits im kartesischen Koordinatensystem berechnet wurden. die bereits im kartesischen Koordinatensystem berechnet wurden.
Allerdings können hier die Namen der Personen an den Seiten Allerdings können hier die Namen der Personen an den Seiten
plaziert werden, um eine einfacher Transition plaziert werden, um eine einfacher Transition
zu ermöglichen. zu ermöglichen.
Nun kann hier auch die Markierung wieder Nun kann hier auch die Markierung wieder
``mit dem Kaffee'', von der ausgebenden Person weg ``mit dem Kaffee'', von der ausgebenden Person weg
und auf die empfangende Person zu, verschoben werden. und auf die empfangende Person zu, verschoben werden.