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CS 4124

Homework Assignment 1

Given: January 19, 2023

Due: February 3, 2023

General directions.   The point value of each problem is shown in [ ]. Each solution must include all details and an explanation of why the given solution is correct. In particular, write complete sentences.  A correct answer without an explanation is worth no credit.  The completed assignment must be submitted on Canvas as a PDF by 5:00 PM on February 3, 2023. No late homework will be accepted.

Digital preparation of your solutions is mandatory.  This includes digital prepa- ration of any drawings; see syllabus concerning neat drawings included in LATEX solutions.   Use of LATEX is required.  Also, please include your name.

Use of LATEX (required).

● Retrieve this LATEX source le, named homework1 .tex, from the course web site.

● Rename the le < Your  VT PID>_solvehw1 .tex, For example, for the instructor, the file name would be heath_solvehw1 .tex.

● Use a text editor (such as vi, emacs, or pico) to accomplish the next three steps. Alternately, use Overleaf as your LATEX platform.

● Uncomment the line

%  \setboolean{solutions}{True}

in the document preamble by deleting the %.

● Find the line

\renewcommand{\author}{Lenwood  S .  Heath}

and replace the instructor’s name with your name.

● Enter your solutions where you nd the LATEX comments %  PUT  YOUR  SOLUTION  HERE

● Generate a PDF and turn it in on Canvas by 5:00 PM on February 3, 2023.

[20] 1. Textbook Problem 5 in B.1 on Page 520.

Prove Lemma A.4:  For all alphabets Σ and all languages L ⊆ Σ , the equiv- alence relation ≡L  is right-invariant.

The lemma and the denition of the equivalence relation are on Page 505.

[20] 2. Textbook Problem 3(c) in B.2 on Page 522.

Design an FA M , with alphabet Σ = {0, 1}, that recognizes (c) the set of all strings that contain the string 011, in that order, but not necessarily consecu- tively.

Be certain you understand the set (language) of M before you start design- ing.  Constructing some examples of strings both in L(M) and not in L(M) can be helpful.

You may use an algebraic specication or a transition diagram (labeled di- rected graph) specication to present your design for M .  Be certain to explain why your design works.

[20] 3.  Consider the  OA M4  in Figure 3.4 on Page 60.   Give a complete and

careful algebraic specication

M4     =   (Q, Σ, δ, q0 , F)

for M4 .

[20] 4. Textbook Problem 7(c) in B.2 on Pages 522 and 523.

Use a (fooling set)-plus- (Continuation Lemma) argument to prove that the following language is not Regular:

L5     =   {aibjck  | i = j oR j = k}.

Your argument will be a proof by contradiction.

The Continuation Lemma is Lemma 3.2 on Page 57, while the fooling set kind of argument is rst utilized on Pages 76 and 77.