<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD Journal Publishing DTD v2.3 20070202//EN" "journalpublishing.dtd">
<article xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xml:lang="en" article-type="research-article">
<front>
<journal-meta>
<journal-id journal-id-type="publisher-id">Algorithms</journal-id>
<journal-title>Algorithms</journal-title>
<issn pub-type="epub">1999-4893</issn>
<publisher>
<publisher-name>Molecular Diversity Preservation International (MDPI)</publisher-name></publisher></journal-meta>
<article-meta>
<article-id pub-id-type="doi">10.3390/a4040307</article-id>
<article-id pub-id-type="publisher-id">algorithms-04-00307</article-id>
<article-categories>
<subj-group>
<subject>Article</subject></subj-group></article-categories>
<title-group>
<article-title>A Catalog of Self-Affine Hierarchical Entropy Functions</article-title></title-group>
<contrib-group>
<contrib contrib-type="author">
<name><surname>Kieffer</surname><given-names>John</given-names></name></contrib>
<aff id="af1-algorithms-04-00307">Department of Electrical &amp; Computer Engineering, University of Minnesota Twin Cities, 200 Union Street SE, Minneapolis, MN 55455, USA; E-Mail: <email>kieffer@umn.edu</email></aff></contrib-group>
<pub-date pub-type="collection">
<year>2011</year></pub-date>
<pub-date pub-type="epub">
<day>01</day>
<month>11</month>
<year>2011</year></pub-date>
<volume>4</volume>
<issue>4</issue>
<fpage>307</fpage>
<lpage>333</lpage>
<history>
<date date-type="received">
<day>23</day>
<month>09</month>
<year>2011</year></date>
<date date-type="rev-recd">
<day>18</day>
<month>10</month>
<year>2011</year></date>
<date date-type="accepted">
<day>30</day>
<month>10</month>
<year>2011</year></date></history>
<permissions>
<copyright-statement>© 2011 by the author; licensee MDPI, Basel, Switzerland.</copyright-statement>
<copyright-year>2011</copyright-year>
<license>
<p>This article is an open access article distributed under the terms and conditions of the Creative Commons Attribution license (http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/.)</p></license></permissions>
<abstract>
<p>For fixed <italic>k</italic> ≥ 2 and fixed data alphabet of cardinality <italic>m</italic>, the hierarchical type class of a data string of length <italic>n</italic> = <italic>k<sup>j</sup></italic> for some <italic>j</italic> ≥ 1 is formed by permuting the string in all possible ways under permutations arising from the isomorphisms of the unique finite rooted tree of depth <italic>j</italic> which has <italic>n</italic> leaves and <italic>k</italic> children for each non-leaf vertex. Suppose the data strings in a hierarchical type class are losslessly encoded via binary codewords of minimal length. A hierarchical entropy function is a function on the set of <italic>m</italic>-dimensional probability distributions which describes the asymptotic compression rate performance of this lossless encoding scheme as the data length <italic>n</italic> is allowed to grow without bound. We determine infinitely many hierarchical entropy functions which are each self-affine. For each such function, an explicit iterated function system is found such that the graph of the function is the attractor of the system.</p></abstract>
<kwd-group>
<kwd>types</kwd>
<kwd>type classes</kwd>
<kwd>lossless compression</kwd>
<kwd>hierarchical entropy</kwd>
<kwd>self-affine functions</kwd>
<kwd>iterated function systems</kwd></kwd-group></article-meta></front>
<body>
<sec sec-type="intro">
<label>1.</label>
<title>Introduction</title>
<sec>
<title/>
<p>A traditional type class consists of all permutations of a fixed finite-length data string. There is a well-developed data compression theory in which strings in a traditional type class are losslessly encoded into fixed-length binary codewords [<xref ref-type="bibr" rid="b1-algorithms-04-00307">1</xref>]. One can generalize the notion of traditional type class and the resulting data compression theory in the following natural way Let <italic>T</italic> be a finite rooted tree; an isomorphism of <italic>T</italic> is a one-to-one mapping of the set of vertices of <italic>T</italic> onto itself which preserves the parent-child relation. Let <italic>n</italic> be the number of leaves of <italic>T</italic>, let ℒ(<italic>T</italic>) be the set of leaves of <italic>T</italic>, and let <italic>σ</italic> be a one-to-one mapping of {1, 2, …, <italic>n</italic>} onto ℒ(<italic>T</italic>). Suppose (<italic>X</italic><sub>1</sub>, <italic>X</italic><sub>2</sub>, …, <italic>X<sub>n</sub></italic>) is a data string of length <italic>n</italic>. Define the <italic>T</italic>-type class of (<italic>X</italic><sub>1</sub>, …, <italic>X<sub>n</sub></italic>) to consist of all strings (<italic>Y</italic><sub>1</sub>, <italic>Y</italic><sub>2</sub>, …, <italic>Y<sub>n</sub></italic>) for which there exists an isomorphism <italic>ϕ</italic> of <italic>T</italic> such that
<disp-formula id="FD1">
<mml:math id="mm1" display="block">
<mml:semantics id="sm1">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>Y</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>σ</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>ϕ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>σ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>…</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p>
<p>Consider the depth one tree <italic>T</italic> = <italic>T</italic><sub>1</sub>(<italic>n</italic>) in which there are <italic>n</italic> children of the root, which are the leaves of the tree. Then, the notion of <italic>T</italic><sub>1</sub>(<italic>n</italic>)-type class coincides with the notion of traditional type class. Now let <italic>n</italic> = <italic>k<sup>j</sup></italic> for positive integer <italic>j</italic> and integer <italic>k</italic> ≥ 2. Consider the depth <italic>j</italic> tree <italic>T</italic> = <italic>T<sub>j</sub></italic>(<italic>k</italic>) with <italic>n</italic> leaves such that each non-leaf vertex has <italic>k</italic> children. Then, a <italic>T<sub>j</sub></italic>(<italic>k</italic>)-type class is called a <italic>hierarchical type class</italic>, and <italic>k</italic> is called the <italic>partitioning parameter</italic> of the class. In the paper [<xref ref-type="bibr" rid="b2-algorithms-04-00307">2</xref>], we dealt with hierarchical type classes in which the partitioning parameter is <italic>k</italic> = 2. In the present paper, we deal with hierarchical type classes in which the partitioning parameter is an arbitrary <italic>k</italic> ≥ 2.</p>
<p>Given a hierarchical type class <italic>S</italic>, there is a simple lossless coding algorithm which encodes each string in <italic>S</italic> into a fixed-length binary codeword of minimal length, and decodes the string from its codeword. This algorithm is particularly simple for the case when the partitioning parameter is <italic>k</italic> = 2, and we illustrate this case in Example 1 which follows; the case of general <italic>k</italic> ≥ 2 is discussed in [<xref ref-type="bibr" rid="b3-algorithms-04-00307">3</xref>]. In Example 1 and subsequently, <italic>x</italic><sup>1</sup> * <italic>x</italic><sup>2</sup> * … * <italic>x<sup>k</sup></italic> shall denote the data string obtained by concatenating together the finite-length data strings <italic>x</italic><sup>1</sup>, <italic>x</italic><sup>2</sup>, …, <italic>x<sup>k</sup></italic> (left to right).</p>
<sec>
<title>Example 1</title>
<p>Let <italic>k</italic> = 2, and let <italic>S</italic> be the hierarchical type class of data string <italic>AABBABAB</italic>. The 16 strings in <italic>S</italic> are illustrated in <xref ref-type="fig" rid="f1-algorithms-04-00307">Figure 1</xref>. Each string <italic>x</italic> ∈ <italic>S</italic> has a tree representation in which each vertex of tree <italic>T</italic><sub>3</sub>(2) is assigned a label which is a substring of <italic>x</italic>. This assignment takes place as follows.</p>
<list list-type="bullet">
<list-item>
<p>The leaves of the tree, traversed left to right, are labeled with the respective left-to-right entries of the data string <italic>x</italic>.</p></list-item>
<list-item>
<p>For each non-leaf vertex <italic>v</italic>, if the strings labeling the left and right children of <italic>v</italic> are <italic>x<sub>L</sub>, x<sub>R</sub></italic>, respectively, then the string labeling <italic>v</italic> is <italic>x<sub>L</sub></italic> * <italic>x<sub>R</sub></italic> if <italic>x<sub>L</sub></italic> precedes or is equal to <italic>x<sub>R</sub></italic> in the lexicographical order, and is <italic>x<sub>R</sub></italic> * <italic>x<sub>L</sub></italic>, otherwise.</p></list-item></list>
<p>In <xref ref-type="fig" rid="f1-algorithms-04-00307">Figure 1</xref>, we have illustrated the tree representations of the strings <italic>AABBABAB</italic> and <italic>BAABBBAA</italic>. The root label of all 16 tree representations will be the same string, namely, the first string in <italic>S</italic> in lexicographical order, which is the string <italic>AABBABAB</italic> in this case. Each string in <italic>S</italic> is encoded by visiting, in depth-first order, the non-leaf vertices of its tree representation whose children have different labels. Each such vertex is assigned bit 0 if its label is <italic>x<sub>L</sub></italic> * <italic>x<sub>R</sub></italic>, where <italic>x<sub>L</sub>, x<sub>R</sub></italic> are the labels of its left and right children, and is assigned bit 1 otherwise (meaning that the label is <italic>x<sub>R</sub></italic> * <italic>x<sub>L</sub></italic>). The resulting sequence of bits, in the order they are obtained, is the codeword of the string. Since both encoder and decoder will know what hierarchical type class is being encoded, the decoder will know what the root label of the tree representation should be, and then the successive bits of the codeword allow the decoder to grow the tree representation from the root downward.</p>
<p>Before discussing the nature of the results to be obtained in this paper, we need some definitions and notation. Fix integers <italic>m, k</italic> ≥ 2, which serve as parameters in the subsequent development; <italic>k</italic> is the partitioning parameter already introduced, and <italic>m</italic> is called the “alphabet cardinality parameter” because we shall be dealing with an <italic>m</italic>-letter data alphabet, denoted 
<inline-graphic xlink:href="algorithms-04-00307i2.gif"/><italic><sub>m</sub></italic> = {<italic>a</italic><sub>1</sub>, <italic>a</italic><sub>2</sub>, …, <italic>a<sub>m</sub></italic>}. For each <italic>j</italic> ≥ 0, we define a <italic>j</italic>-string <italic>x</italic> to be a string of length <italic>k<sup>j</sup></italic> over 
<inline-graphic xlink:href="algorithms-04-00307i2.gif"/><italic><sub>m</sub></italic>. Note that if <italic>j</italic> ≥ 1, for each <italic>j</italic>-string <italic>x</italic> there is a unique <italic>k</italic>-tuple (<italic>x</italic><sup>1</sup>, <italic>x</italic><sup>2</sup>, …, <italic>x<sup>k</sup></italic>) whose entries are (<italic>j</italic> − 1)-strings such that <italic>x</italic> = <italic>x</italic><sup>1</sup>*<italic>x</italic><sup>2</sup>*…*<italic>x<sup>k</sup></italic>; this <italic>k</italic>-tuple is called the <italic>k</italic>-partitioning of <italic>x</italic>. If <italic>S</italic><sub>1</sub>, <italic>S</italic><sub>2</sub>, …, <italic>S<sub>k</sub></italic> are non-empty sets of <italic>j</italic>-strings, let <italic>S</italic><sub>1</sub> * <italic>S</italic><sub>2</sub> * … * <italic>S<sub>k</sub></italic> be the set of all (<italic>j</italic> + 1)-strings of the form <italic>x</italic><sup>1</sup> * <italic>x</italic><sup>2</sup> * … * <italic>x<sup>k</sup></italic>, where <italic>x<sup>i</sup></italic> belongs to <italic>S<sub>i</sub></italic> for <italic>i</italic> = 1, 2, …, <italic>k</italic>. The 0-strings are the individual letters in 
<inline-graphic xlink:href="algorithms-04-00307i2.gif"/><italic><sub>m</sub></italic>.</p>
<p>We wish to formally define the family 
<inline-graphic xlink:href="algorithms-04-00307i3.gif"/><sub><italic>m,k</italic></sub> of all hierarchical type classes in which the alphabet cardinality parameter is <italic>m</italic> and the partitioning parameter is <italic>k</italic>. Instead of using the tree isomorphism definition of hierarchical type class given at the beginning of the paper, we will use an equivalent inductive definition, which is more convenient in the subsequent development. First, we define the hierarchical type class of a 0-string to be the set consisting of the string itself. Given <italic>j</italic>-string <italic>x</italic> with <italic>j</italic> ≥ 1, and assume hierarchical type classes of (<italic>j</italic> − 1)-strings have been defined. Let (<italic>x</italic><sup>1</sup>, …, <italic>x<sup>k</sup></italic>) be the <italic>k</italic>-partitioning of <italic>x</italic> and let <italic>S<sub>i</sub></italic> be the hierarchical type class of <italic>x<sup>i</sup></italic> (<italic>i</italic> = 1, …, <italic>k</italic>). The hierarchical type class of <italic>x</italic> is then defined as
<disp-formula id="FD2">
<label>(1)</label>
<mml:math id="mm2" display="block">
<mml:semantics id="sm2">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mo>∪</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>π</mml:mi>
<mml:mo>∈</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mo>Π</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>π</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo>∗</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>π</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo>∗</mml:mo>
<mml:mo>⋯</mml:mo>
<mml:mo>∗</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>π</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>where, from now on, Π<italic><sub>k</sub></italic> is the set of all permutations of {1, 2, …, <italic>k</italic>}. A set is called a hierarchical type class of order <italic>j</italic> if it is the hierarchical type class of some <italic>j</italic>-string. A set is called a hierarchical type class if it is a hierarchical type class of order <italic>j</italic> for some <italic>j</italic> ≥ 0. The family 
<inline-graphic xlink:href="algorithms-04-00307i3.gif"/><sub><italic>m,k</italic></sub> is then the set of all hierarchical type classes, of all orders.</p>
<p>We define the type of <italic>j</italic>-string <italic>x</italic> to be the vector (<italic>n</italic><sub>1</sub>, …, <italic>n<sub>m</sub></italic>) whose <italic>i</italic>-th component <italic>n<sub>i</sub></italic> is the frequency of letter <italic>a<sub>i</sub></italic> in <italic>x</italic>. For each <italic>j</italic> ≥ 0, let Λ<italic><sub>j</sub></italic> (<italic>m, k</italic>) be the set of all types of <italic>j</italic>-strings. Let Λ(<italic>m, k</italic>) be the union of the Λ<italic><sub>j</sub></italic>(<italic>m, k</italic>)'s for <italic>j</italic> ≥ 0, and let Λ<sup>+</sup>(<italic>m, k</italic>) be the union of the Λ<italic><sub>j</sub></italic>(<italic>m, k</italic>)'s for <italic>j</italic> ≥ 1. A type in Λ<italic><sub>j</sub></italic>(<italic>m, k</italic>) will be said to be of order <italic>j</italic>. If <italic>λ</italic> ∈ Λ(<italic>m, k</italic>), let ‖<italic>λ</italic>‖ denote the sum of the components of <italic>λ</italic>. If <italic>λ</italic> is of order <italic>j</italic>, then ‖<italic>λ</italic>‖ = <italic>k<sup>j</sup></italic>. All strings in a hierarchical type class have the same type, because permuting a string does not change the type. This property is listed below, along with some other properties whose simple proofs are omitted.</p>
<list list-type="bullet">
<list-item>
<p><bold>Prop. 1:</bold> All strings in a hierarchical type class have the same type.</p></list-item>
<list-item>
<p><bold>Prop. 2:</bold> For each <italic>j</italic> ≥ 0, the distinct hierarchical type classes of order <italic>j</italic> form a partition of the set of all <italic>j</italic>-strings.</p></list-item>
<list-item>
<p><bold>Prop. 3:</bold> Let <italic>λ</italic> ∈ Λ(<italic>m, k</italic>), and let 
<inline-graphic xlink:href="algorithms-04-00307i3.gif"/><italic><sub>m,k</sub></italic>(<italic>λ</italic>) denote the set of all hierarchical type classes in 
<inline-graphic xlink:href="algorithms-04-00307i3.gif"/><sub><italic>m,k</italic></sub> whose strings are of type <italic>λ</italic>. Then 
<inline-graphic xlink:href="algorithms-04-00307i3.gif"/><sub><italic>m,k</italic></sub>(<italic>λ</italic>) forms a partition of the set of all strings of type <italic>λ</italic>.</p></list-item>
<list-item>
<p><bold>Prop. 4:</bold> Let <italic>S</italic> ∈ 
<inline-graphic xlink:href="algorithms-04-00307i3.gif"/><sub><italic>m,k</italic></sub> be a hierarchical type class of order <italic>j</italic> ≥ 1. Then there is a <italic>k</italic>-tuple (<italic>S</italic><sub>1</sub>, <italic>S</italic><sub>2</sub>, …, <italic>S<sub>k</sub></italic>), unique up to permutation, such that each <italic>S<sub>i</sub></italic> is a hierarchical type class of order <italic>j</italic> − 1 and <italic>S</italic> is expressible as <xref rid="FD2" ref-type="disp-formula">Expression (1)</xref>.</p></list-item></list></sec></sec>
<sec>
<title>Global Hierarchical Entropy Function</title>
<p>The <italic>global hierarchical entropy function</italic> is the function <italic>H</italic> : 
<inline-graphic xlink:href="algorithms-04-00307i3.gif"/><sub><italic>m,k</italic></sub> → [0, ∞) such that
<disp-formula id="FD3">
<mml:math id="mm3" display="block">
<mml:semantics id="sm3">
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>≜</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>log</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">|</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mo>∈</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>where, in this paper, if <italic>S</italic> is a finite set, |<italic>S</italic>| shall denote the cardinality of <italic>S</italic>. <italic>H</italic>(<italic>S</italic>) shall be called the entropy of <italic>S</italic>. Given a hierarchical type class <italic>S</italic>, its entropy <italic>H</italic>(<italic>S</italic>) has the following interpretation. Suppose <italic>H</italic>(<italic>S</italic>) &gt; 0, and we losslessly encode the strings in <italic>S</italic> into fixed-length binary codewords of minimal length (as discussed in Example 1 and in [<xref ref-type="bibr" rid="b3-algorithms-04-00307">3</xref>]). Then this minimal length is ⌈<italic>H</italic>(<italic>S</italic>)⌉.</p></sec>
<sec>
<title>Lemma 1</title>
<p>Let <italic>S</italic> be a hierarchical type class of order <italic>j</italic> ≥ 1. Let (<italic>S</italic><sub>1</sub>, <italic>S</italic><sub>2</sub>, …, <italic>S<sub>k</sub></italic>) be the <italic>k</italic>-tuple of hierarchical type classes of order <italic>j</italic> − 1 associated with <italic>S</italic> according to Prop. 4, and let <italic>N</italic>(<italic>S</italic>) be the number of distinct permutations of this <italic>k</italic>-tuple. Then,
<disp-formula id="FD4">
<label>(2)</label>
<mml:math id="mm4" display="block">
<mml:semantics id="sm4">
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:munderover>
<mml:mo>∑</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>log</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p>
<sec>
<title>Proof</title>
<p>Represent <italic>S</italic> as the <xref rid="FD2" ref-type="disp-formula">Expression (1)</xref>. <xref rid="FD4" ref-type="disp-formula">Formula (2)</xref> follows easily from this expression.</p></sec>
<sec>
<title>Remark</title>
<p>We see now how to inductively compute entropy values <italic>H</italic>(<italic>S</italic>), as follows. If <italic>S</italic> is of order 0, then |<italic>S</italic>| = 1 and so <italic>H</italic>(<italic>S</italic>) = 0. If <italic>S</italic> is of order <italic>j</italic> ≥ 1, assume all entropy values for hierarchical type classes of smaller order have been computed. Then <xref rid="FD4" ref-type="disp-formula">Equation (2)</xref> is used to compute <italic>H</italic>(<italic>S</italic>).</p></sec>
<sec sec-type="discussion">
<title>Discussion</title>
<p>Let {<italic>S<sub>j</sub></italic> : <italic>j</italic> ≥ 1} be a sequence of hierarchical type classes from 
<inline-graphic xlink:href="algorithms-04-00307i3.gif"/><sub><italic>m,k</italic></sub> such that <italic>S<sub>j</sub></italic> is of order <italic>j</italic> (<italic>j</italic> ≥ 1). Consider the sequence of normalized entropies {<italic>H</italic>(<italic>S<sub>j</sub></italic>)/<italic>k<sup>j</sup></italic> : <italic>j</italic> ≥ 1}. As <italic>j</italic> becomes large, the normalized entropy <italic>H</italic>(<italic>S<sub>j</sub></italic>)/<italic>k<sup>j</sup></italic> approximates more and more closely the compression rate in bits per data sample that results from the compression scheme on <italic>S<sub>j</sub></italic>. It is therefore of interest to determine circumstances under which such a sequence of normalized entropies will have a limit that we can compute. We discuss our approach to this problem, which will be pursued in the rest of this paper. A <italic>hierarchical source</italic> is defined to be a family {<italic>S</italic>(<italic>λ</italic>) : <italic>λ</italic> ∈ Λ(<italic>m, k</italic>)} in which each <italic>S</italic>(<italic>λ</italic>) is a hierarchical type class selected from 
<inline-graphic xlink:href="algorithms-04-00307i3.gif"/><sub><italic>m,k</italic></sub>(<italic>λ</italic>). (We will also impose a natural consistency condition on how these selections are made in our formal hierarchical source definition to be given in the next section.) Let ℝ denote the real line, and let ℙ<italic><sub>m</sub></italic> be the subset of ℝ<italic><sup>m</sup></italic> consisting of all <italic>m</italic>-dimensional probability vectors. We consider ℙ<italic><sub>m</sub></italic> to be a metric space with the Euclidean metric. For each <italic>λ</italic> ∈ Λ(<italic>m, k</italic>), let <italic>p<sub>λ</sub></italic> be the probability vector <italic>λ</italic>/‖<italic>λ</italic>‖ in ℙ<italic><sub>m</sub></italic>. Suppose there exists a (necessarily unique) continuous function <italic>h</italic> : ℙ<italic><sub>m</sub></italic> → [0, ∞) such that for each <italic>p</italic> ∈ ℙ<italic><sub>m</sub></italic>, and each sequence {<italic>λ<sub>j</sub></italic> : <italic>j</italic> ≥ 0} for which <italic>λ<sub>j</sub></italic> ∈ Λ<italic><sub>j</sub></italic>(<italic>m, k</italic>) (<italic>j</italic> ≥ 0) and lim<sub><italic>j</italic>→∞</sub> <italic>p<sub>λ<sub>j</sub></sub></italic> = <italic>p</italic>, the limit property
<disp-formula id="FD5">
<mml:math id="mm5" display="block">
<mml:semantics id="sm5">
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mo>lim</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>→</mml:mo>
<mml:mo>∞</mml:mo></mml:mrow></mml:munder>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>holds. Then we call the function <italic>h</italic> the <italic>hierarchical entropy function induced by the source</italic> {<italic>S</italic>(<italic>λ</italic>) : <italic>λ</italic> ∈ Λ(<italic>m, k</italic>)}. A <italic>hierarchical entropy function</italic> is defined to be any function on ℙ<italic><sub>m</sub></italic> which is the hierarchical entropy function induced by some hierarchical source. One of the goals of hierarchical data compression theory is to identify hierarchical entropy functions and to learn about their properties. In the paper [<xref ref-type="bibr" rid="b2-algorithms-04-00307">2</xref>], two hierarchical entropy functions were introduced. In the present paper, we go further by identifying infinitely many hierarchical entropy functions which are each self-affine, and for each one of these entropy functions, we exhibit an explicit iterated function system whose attractor is the graph of the entropy function.</p></sec></sec></sec>
<sec>
<label>2.</label>
<title>Hierarchical Sources</title>
<p>This section is devoted to the discussion of hierarchical sources. The concept of hierarchical source was informally described in the Introduction. In Section 2.1., we make this concept formal. In Section 2.2., we define the entropy-stable hierarchical sources, which are the hierarchical sources that induce hierarchical entropy functions. In Section 2.3., we introduce a particular type of entropy-stable hierarchical source called finitary hierarchical source. The finitary hierarchical sources induce the hierarchical entropy functions that are the subject of this paper.</p>
<sec>
<label>2.1.</label>
<title>Formal Definition of Hierarchical Source</title>
<p>Let 
<inline-graphic xlink:href="algorithms-04-00307i3.gif"/> = {<italic>S</italic>(<italic>λ</italic>) : <italic>λ</italic> ∈ Λ(<italic>m, k</italic>)} be a family of hierarchical type classes in which each class <italic>S</italic>(<italic>λ</italic>) belongs to the set of classes 
<inline-graphic xlink:href="algorithms-04-00307i3.gif"/><italic><sub>m,k</sub></italic>(<italic>λ</italic>). Then 
<inline-graphic xlink:href="algorithms-04-00307i3.gif"/> is defined to be a (Λ(<italic>m, k</italic>)-indexed) hierarchical source if the following additional condition is satisfied.</p>
<list list-type="bullet">
<list-item>
<p><bold>Consistency Condition:</bold> For each <italic>S</italic> ∈ 
<inline-graphic xlink:href="algorithms-04-00307i3.gif"/> of order &gt; 0, each term in the <italic>k</italic>-tuple (<italic>S</italic><sub>1</sub>, <italic>S</italic><sub>2</sub>, …, <italic>S<sub>k</sub></italic>) associated with <italic>S</italic> in Prop. 4 also belongs to 
<inline-graphic xlink:href="algorithms-04-00307i3.gif"/>.</p></list-item></list>
<p>We discuss how the Consistency Condition gives us a way to describe every possible hierarchical source. Let Λ(<italic>m, k</italic>)<italic><sup>k</sup></italic> be the set of all <italic>k</italic>-tuples whose entries come from Λ(<italic>m, k</italic>). Let Φ(<italic>m, k</italic>) be the set of all mappings <italic>ϕ</italic>: Λ(<italic>m, k</italic>)<sup>+</sup> → Λ(<italic>m, k</italic>)<italic><sup>k</sup></italic> such that whenever <italic>ϕ</italic>(<italic>λ</italic>) = (<italic>λ</italic><sub>1</sub>, <italic>λ</italic><sub>2</sub>, …, <italic>λ<sub>k</sub></italic>), we have
<list list-type="bullet">
<list-item>
<p>
<inline-formula>
<mml:math id="mm6" display="inline">
<mml:semantics id="sm6">
<mml:mrow>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mo>∑</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula>.</p></list-item>
<list-item>
<p>If <italic>λ</italic> is of order <italic>j</italic>, then each entry <italic>λ<sub>i</sub></italic> of <italic>ϕ</italic>(<italic>λ</italic>) is of order <italic>j</italic> − 1.</p></list-item></list></p>
<p>Each <italic>ϕ</italic> ∈ Φ(<italic>m, k</italic>) gives rise to a Λ(<italic>m, k</italic>)-indexed hierarchical source 
<inline-graphic xlink:href="algorithms-04-00307i3.gif"/><italic><sup>ϕ</sup></italic> = {<italic>S<sup>ϕ</sup></italic>(<italic>λ</italic>) : <italic>λ</italic> ∈ Λ(<italic>m, k</italic>)}, defined inductively as follows.</p>
<list list-type="bullet">
<list-item>
<p>If <italic>λ</italic> ∈ Λ(<italic>m, k</italic>) is of order 0, define class <italic>S<sup>ϕ</sup></italic>(<italic>λ</italic>) to be the set {<italic>a<sub>i</sub></italic>}, where <italic>a<sub>i</sub></italic> is the unique letter in 
<inline-graphic xlink:href="algorithms-04-00307i2.gif"/><sub><italic>m</italic></sub> whose type is <italic>λ</italic>.</p></list-item>
<list-item>
<p>If <italic>λ</italic> ∈ Λ(<italic>m, k</italic>)<sup>+</sup>, assume class <italic>S<sup>ϕ</sup></italic>(<italic>λ</italic>*) has been defined for all types <italic>λ</italic>* of order less than the order of <italic>λ</italic>. Letting <italic>ϕ</italic>(<italic>λ</italic>) = (<italic>λ</italic><sub>1</sub>, <italic>λ</italic><sub>2</sub>, …, <italic>λ<sub>k</sub></italic>), define
<disp-formula id="FD6">
<mml:math id="mm7" display="block">
<mml:semantics id="sm7">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:msup>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>≜</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mo>∪</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>π</mml:mi>
<mml:mo>∈</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mo>Π</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:msup>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>π</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>∗</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:msup>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>π</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>∗</mml:mo>
<mml:mo>⋯</mml:mo>
<mml:mo>∗</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:msup>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>π</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p></list-item></list>
<p>From the Consistency Condition, all possible hierarchical sources arise in this way, that is, given any Λ(<italic>m, k</italic>)-indexed hierarchical source 
<inline-graphic xlink:href="algorithms-04-00307i3.gif"/>, there exists <italic>ϕ</italic> ∈ Φ(<italic>m, k</italic>) such that 
<inline-graphic xlink:href="algorithms-04-00307i3.gif"/> = 
<inline-graphic xlink:href="algorithms-04-00307i3.gif"/><italic><sup>ϕ</sup></italic>.</p>
<p>Another advantage of the Consistency Condition is that it allows the entropies of the classes in a hierarchical source to be recursively computed. To see this, let 
<inline-graphic xlink:href="algorithms-04-00307i3.gif"/> = {<italic>S</italic>(<italic>λ</italic>) : <italic>λ</italic> ∈ Λ(<italic>m, k</italic>)} be a Λ(<italic>m, k</italic>)-indexed hierarchical source and choose <italic>ϕ</italic> ∈ Φ(<italic>m, k</italic>) such that 
<inline-graphic xlink:href="algorithms-04-00307i3.gif"/> = 
<inline-graphic xlink:href="algorithms-04-00307i3.gif"/><italic><sup>ϕ</sup></italic>. Define <italic>H<sub>ϕ</sub></italic> : Λ(<italic>m, k</italic>) → [0, ∞) to be the function which takes the value zero on Λ<sub>0</sub>(<italic>m, k</italic>), and for each <italic>λ</italic> ∈ Λ<sup>+</sup>(<italic>m, k</italic>),
<disp-formula id="FD7">
<label>(3)</label>
<mml:math id="mm8" display="block">
<mml:semantics id="sm8">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:munderover>
<mml:mo>∑</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:msub></mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>log</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>where (<italic>λ</italic><sub>1</sub>, …, <italic>λ<sub>k</sub></italic>) is the <italic>k</italic>-tuple <italic>ϕ</italic>(<italic>λ</italic>) and <italic>N</italic>(<italic>λ</italic>) is the number of distinct permutations of this <italic>k</italic>-tuple. By the Consistency Condition and Lemma 1,
<disp-formula id="FD8">
<mml:math id="mm9" display="block">
<mml:semantics id="sm9">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
<mml:mo>)</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mo>∈</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p></sec>
<sec>
<label>2.2.</label>
<title>Entropy-Stable Hierarchical Sources</title>
<p>The concept of entropy-stable source discussed in this section allows us to formally define the concept of hierarchical entropy function.</p>
<p>For each <italic>j</italic> ≥ 0, define the finite set of probability vectors
<disp-formula id="FD9">
<mml:math id="mm10" display="block">
<mml:semantics id="sm10">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>ℙ</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>≜</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">{</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mi>λ</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mo>∈</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>where the reader will recall that <italic>p<sub>λ</sub></italic> = <italic>λ</italic>/‖<italic>λ</italic>‖. Note that the sets {ℙ<italic><sub>m</sub></italic>(<italic>j</italic>) : <italic>j</italic> ≥ 0} are increasing in the sense that
<disp-formula id="FD10">
<label>(4)</label>
<mml:math id="mm11" display="block">
<mml:semantics id="sm11">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>ℙ</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>⊂</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>ℙ</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>≥</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p>
<p>Let 
<inline-formula>
<mml:math id="mm12" display="inline">
<mml:semantics id="sm12">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>ℙ</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>∗</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula> be the countably infinite set of probability vectors which is the union of the ℙ<italic><sub>m</sub></italic>(<italic>j</italic>)'s.</p>
<p>Suppose we have a hierarchical source 
<inline-graphic xlink:href="algorithms-04-00307i3.gif"/> = {<italic>S</italic>(<italic>λ</italic>) : <italic>λ</italic> ∈ Λ(<italic>m, k</italic>)}. For each <italic>j</italic> ≥ 0, let <italic>h<sub>j</sub></italic> : ℙ<italic><sub>m</sub></italic>(<italic>j</italic>) → [0, ∞) be the unique function for which
<disp-formula id="FD11">
<mml:math id="mm13" display="block">
<mml:semantics id="sm13">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mi>λ</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mo>∈</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p>
<p>Suppose 
<inline-formula>
<mml:math id="mm14" display="inline">
<mml:semantics id="sm14">
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>∈</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>ℙ</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>∗</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula> Because of the increasing sets property <xref rid="FD10" ref-type="disp-formula">Equation (4)</xref>, <italic>p</italic> is a member of the set ℙ<italic><sub>m</sub></italic>(<italic>j</italic>) for <italic>j</italic> sufficiently large. Consequently, <italic>h<sub>j</sub></italic>(<italic>p</italic>) is defined for <italic>j</italic> sufficiently large, and so it makes sense to talk about the limit of the sequence {<italic>h<sub>j</sub></italic>(<italic>p</italic>) : <italic>j</italic> ≥ 0}, if this limit exists. We define the source 
<inline-graphic xlink:href="algorithms-04-00307i3.gif"/> to be <italic>entropy-stable</italic> if there exists a continuous function <italic>h</italic> : ℙ<italic><sub>m</sub></italic> → [0, ∞) such that
<disp-formula id="FD12">
<mml:math id="mm15" display="block">
<mml:semantics id="sm15">
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mo>lim</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>→</mml:mo>
<mml:mo>∞</mml:mo></mml:mrow></mml:munder>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>∈</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>ℙ</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>∗</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>and the function <italic>h</italic> (which is unique since 
<inline-formula>
<mml:math id="mm16" display="inline">
<mml:semantics id="sm16">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>ℙ</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>∗</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula> is dense in ℙ<italic><sub>m</sub></italic>) is called the hierarchical entropy function induced by 
<inline-graphic xlink:href="algorithms-04-00307i3.gif"/>. Henceforth, the terminology “hierarchical entropy function” denotes a function which is the hierarchical entropy function induced by some entropy-stable hierarchical source.</p></sec>
<sec>
<label>2.3.</label>
<title>Finitary Hierarchical Sources</title>
<p>If <italic>λ</italic> = (<italic>n</italic><sub>1</sub>, <italic>n</italic><sub>2</sub>, …, <italic>n<sub>m</sub></italic>) is a type in Λ(<italic>m, k</italic>)<sup>+</sup>, define
<disp-formula id="FD13">
<mml:math id="mm17" display="block">
<mml:semantics id="sm17">
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>≜</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mo>mod</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>mod</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>⋯</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>mod</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>where mod(<italic>n, k</italic>) ∈ {0, 1, …, <italic>k</italic> − 1} is the remainder upon division of <italic>n</italic> by <italic>k</italic>. Each entry of <italic>r</italic>(<italic>λ</italic>) belongs to the set {0, 1, …, <italic>k</italic> − 1} and the sum of the entries of <italic>r</italic>(<italic>λ</italic>) is an integer multiple of <italic>k</italic>.</p>
<sec>
<title>Definitions</title>
<list list-type="bullet">
<list-item>
<p>ℛ(<italic>m, k</italic>) is defined to be the set of all <italic>m</italic>-tuples whose entries come from {0, 1, …, <italic>k</italic> − 1} and sum to an integer multiple of <italic>k</italic>.</p></list-item>
<list-item>
<p>Ψ(<italic>m, k</italic>) is defined to be the set of all mappings <italic>ψ</italic> from ℛ(<italic>m, k</italic>) to the set of binary <italic>k</italic> × <italic>m</italic> matrices such that if <italic>r</italic> = (<italic>r</italic><sub>1</sub>, …, <italic>r<sub>m</sub></italic>) belongs to ℛ(<italic>m, k</italic>), then <italic>ψ</italic>(<italic>r</italic>) has left-to-right column sums <italic>r</italic><sub>1</sub>, <italic>r</italic><sub>2</sub>, …, <italic>r<sub>m</sub></italic> and row sums all equal to (<italic>r</italic><sub>1</sub> + <italic>r</italic><sub>2</sub> + … + <italic>r<sub>m</sub></italic>)/<italic>k</italic>. The set Ψ(<italic>m, k</italic>) is nonempty for each choice of parameters <italic>m, k</italic> ≥ 2 [<xref ref-type="bibr" rid="b4-algorithms-04-00307">4</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="b5-algorithms-04-00307">5</xref>].</p></list-item>
<list-item>
<p>If <italic>ψ</italic> ∈ Ψ(<italic>m, k</italic>), define <italic>ψ</italic>* to be the unique mapping in Φ(<italic>m, k</italic>) which does the following. If <italic>λ</italic> = (<italic>n</italic><sub>1</sub>, <italic>n</italic><sub>2</sub>, …, <italic>n<sub>m</sub></italic>) belongs to Λ(<italic>m, k</italic>)<sup>+</sup>, let <italic>A</italic> = <italic>ψ</italic>(<italic>r</italic>(<italic>λ</italic>)). Then <italic>ψ</italic>*(<italic>λ</italic>) = (<italic>λ</italic><sub>1</sub>, <italic>λ</italic><sub>2</sub>, …, <italic>λ<sub>k</sub></italic>), where
<disp-formula id="FD14">
<mml:math id="mm18" display="block">
<mml:semantics id="sm18">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">⌊</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">⌋</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">⌊</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">⌋</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>⋯</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">⌊</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">⌋</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>⋯</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>with <italic>A</italic>(<italic>i</italic>, 1 : <italic>m</italic>) denoting the <italic>i</italic>-th row of <italic>A</italic>.</p></list-item>
<list-item>
<p>Suppose <italic>ψ</italic> ∈ Ψ(<italic>m, k</italic>) and let <italic>ϕ</italic> = <italic>ψ</italic>*. The Λ(<italic>m, k</italic>)-indexed hierarchical source {<italic>S<sup>ϕ</sup></italic> : <italic>λ</italic> ∈ Λ(<italic>m, k</italic>)} defines a <italic>finitary source</italic>. For each choice of parameters <italic>m, k</italic> ≥ 2, since Ψ(<italic>m, k</italic>) is nonempty, there is at least one finitary Λ(<italic>m, k</italic>)-indexed hierarchical source. The word “finitary” is used to describe these sources because they are each definable in finite terms by the specification of <italic>mk</italic>|ℛ(<italic>m, k</italic>)| bits (the elements of a number of <italic>k</italic> × <italic>m</italic> binary matrices).</p></list-item></list></sec>
<sec>
<title>Example 2</title>
<p>Note that (1122) belongs to ℛ(4, 3). Suppose
<disp-formula id="FD15">
<mml:math id="mm19" display="block">
<mml:semantics id="sm19">
<mml:mrow>
<mml:mi>ψ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mn>1122</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mn>1100</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mn>0011</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mn>0011</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p>
<p>Note that (7758) ∈ Λ<sup>+</sup>(4, 3), and that
<disp-formula id="FD16">
<mml:math id="mm20" display="block">
<mml:semantics id="sm20">
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mn>7758</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo>mod</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mn>7758</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mn>1122</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p>
<p>Since ⌊(7758)/3⌋ = (2212), we see that <italic>ψ</italic>*(7758) = (<italic>λ</italic><sub>1</sub>, <italic>λ</italic><sub>2</sub>, <italic>λ</italic><sub>3</sub>), where
<disp-formula id="FD17">
<mml:math id="mm21" display="block">
<mml:semantics id="sm21">
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mn>2212</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mn>1100</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mn>3312</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mn>2212</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mn>0011</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mn>2223</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mn>2212</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mn>0011</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mn>2223</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p>
<p>Note that the splitting up of (7758) into the three types (3312), (2223), (2223) indeed does make sense because these latter three types sum to (7758) and are of order 2, one less than the order of (7758).</p></sec>
<sec>
<title>Example 3</title>
<p>Fix the alphabet cardinality parameter to be 2, and fix the partitioning parameter <italic>k</italic> to be any integer ≥ 2. Let (<italic>r</italic><sub>1</sub>, <italic>r</italic><sub>2</sub>) belong to ℛ(2, <italic>k</italic>). Then either (a) (<italic>r</italic><sub>1</sub>, <italic>r</italic><sub>2</sub>) = (0, 0) or (b) <italic>r</italic><sub>1</sub> + <italic>r</italic><sub>2</sub> = <italic>k</italic>. In case (a), we define <italic>ψ</italic>(<italic>r</italic><sub>1</sub>, <italic>r</italic><sub>2</sub>) to be the <italic>k</italic> × 2 zero matrix. In case (b), we define <italic>ψ</italic>(<italic>r</italic><sub>1</sub>, <italic>r</italic><sub>2</sub>) to be the <italic>k</italic> × 2 matrix whose first <italic>r</italic><sub>1</sub> rows are (1, 0) and whose last <italic>r</italic><sub>2</sub> rows are (0, 1). Letting <italic>ϕ</italic> = <italic>ψ</italic>*, we obtain finitary Λ(2, <italic>k</italic>)-indexed hierarchical source 
<inline-graphic xlink:href="algorithms-04-00307i3.gif"/><italic><sup>ϕ</sup></italic>.</p></sec>
<sec>
<title>Example 4</title>
<p>Now fix the alphabet cardinality parameter to be 3, and fix the partitioning parameter <italic>k</italic> to be any integer ≥ 2. Let (<italic>r</italic><sub>1</sub>, <italic>r</italic><sub>2</sub>, <italic>r</italic><sub>3</sub>) belong to ℛ(3, <italic>k</italic>). Then either (a) (<italic>r</italic><sub>1</sub>, <italic>r</italic><sub>2</sub>, <italic>r</italic><sub>3</sub>) = (0, 0, 0); (b) <italic>r</italic><sub>1</sub> + <italic>r</italic><sub>2</sub> + <italic>r</italic><sub>3</sub> = <italic>k</italic>; or (c) <italic>r</italic><sub>1</sub> + <italic>r</italic><sub>2</sub> + <italic>r</italic><sub>3</sub> = 2<italic>k</italic>. In case (a), we define <italic>ψ</italic>(<italic>r</italic><sub>1</sub>, <italic>r</italic><sub>2</sub>, <italic>r</italic><sub>3</sub>) to be the <italic>k</italic> × 3 zero matrix. In case (b), we define <italic>ψ</italic>(<italic>r</italic><sub>1</sub>, <italic>r</italic><sub>2</sub>, <italic>r</italic><sub>3</sub>) to be the <italic>k</italic> × 3 matrix whose first <italic>r</italic><sub>1</sub> rows are (100), whose next <italic>r</italic><sub>2</sub> rows are (010), and whose last <italic>r</italic><sub>3</sub> rows are (001). In case (c), we define <italic>ψ</italic>(<italic>r</italic><sub>1</sub>, <italic>r</italic><sub>2</sub>, <italic>r</italic><sub>3</sub>) to be the <italic>k</italic> × 3 matrix whose first <italic>k</italic> − <italic>r</italic><sub>1</sub> rows are (011), whose next <italic>k</italic> − <italic>r</italic><sub>2</sub> rows are (101), and whose last <italic>k</italic> − <italic>r</italic><sub>3</sub> rows are (110). Letting <italic>ϕ</italic> = <italic>ψ</italic>*, we obtain finitary Λ(3, <italic>k</italic>)-indexed hierarchical source 
<inline-graphic xlink:href="algorithms-04-00307i3.gif"/><italic><sup>ϕ</sup></italic>.</p>
<sec>
<title>Remarks</title>
<p>For each fixed <italic>k</italic> ≥ 2,
<list list-type="bullet">
<list-item>
<p>The source defined in Example 3 is the unique finitary Λ(2, <italic>k</italic>)-indexed hierarchical source.</p></list-item>
<list-item>
<p>The source defined in Example 4 is the unique finitary Λ(3, <italic>k</italic>)-indexed hierarchical source.</p></list-item></list></p>
<p>This is because the matrices employed in these examples are unique up to row permutation.</p></sec>
<sec>
<title>Theorem 1</title>
<p>Let <italic>m, k</italic> ≥ 2 be arbitrary, and let {<italic>S</italic>(<italic>λ</italic>) : <italic>λ</italic> ∈ Λ(<italic>m, k</italic>)} be any finitary Λ(<italic>m, k</italic>)-indexed hierarchical source. Then the source is entropy-stable and the hierarchical entropy function induced by the source can be characterized as the unique continuous function <italic>h</italic> : ℙ<italic><sub>m</sub></italic> → [0, ∞) such that
<disp-formula id="FD18">
<mml:math id="mm22" display="block">
<mml:semantics id="sm22">
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mo>∈</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p>
<p>Theorem 1 is proved in <xref ref-type="app" rid="APP1">Appendix A</xref>.</p></sec></sec>
<sec>
<title>Notations and Remarks</title>
<list list-type="bullet">
<list-item>
<p>Fix <italic>k</italic> to be an arbitrary integer ≥ 2. Let {<italic>S</italic>(<italic>λ</italic>) : <italic>λ</italic> ∈ Λ(2, <italic>k</italic>)} be the unique finitary Λ(2, <italic>k</italic>)-indexed hierarchical source. <italic>H</italic><sub>2,<italic>k</italic></sub> : Λ(2, <italic>k</italic>) → [0, ∞) shall denote the entropy function
<disp-formula id="FD19">
<mml:math id="mm23" display="block">
<mml:semantics id="sm23">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mo>∈</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p>
<p>For later use, we remark that
<disp-formula id="FD20">
<label>(5)</label>
<mml:math id="mm24" display="block">
<mml:semantics id="sm24">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>log</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mspace width="0.3em"/>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>!</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>!</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>!</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>log</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mspace width="0.3em"/>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>∈</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p>
<p>The hierarchical entropy function induced by this source maps ℙ<sub>2</sub> into [0, ∞) and shall be denoted <italic>h</italic><sub>2,<italic>k</italic></sub>. The relationship between functions <italic>H</italic><sub>2,<italic>k</italic></sub> and <italic>h</italic><sub>2,<italic>k</italic></sub> is
<disp-formula id="FD21">
<label>(6)</label>
<mml:math id="mm25" display="block">
<mml:semantics id="sm25">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mo>∈</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p></list-item>
<list-item>
<p>Fix <italic>k</italic> to be an arbitrary integer ≥ 2. Let {<italic>S</italic>(<italic>λ</italic>) : <italic>λ</italic> ∈ Λ(3, <italic>k</italic>)} be the unique finitary Λ(3, <italic>k</italic>)-indexed hierarchical source. <italic>H</italic><sub>3,<italic>k</italic></sub> : Λ(3, <italic>k</italic>) → [0, ∞) shall denote the entropy function
<disp-formula id="FD22">
<mml:math id="mm26" display="block">
<mml:semantics id="sm26">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mo>∈</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p>
<p>For later use, we remark that
<disp-formula id="FD23">
<label>(7)</label>
<mml:math id="mm27" display="block">
<mml:semantics id="sm27">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>log</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mspace width="0.3em"/>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>!</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>!</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>!</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>!</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mspace width="0.3em"/>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>∈</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p>
<p>The hierarchical entropy function induced by this source maps ℙ<sub>3</sub> into [0, ∞) and shall be denoted <italic>h</italic><sub>3,<italic>k</italic></sub>. The relationship between functions <italic>H</italic><sub>3,<italic>k</italic></sub> and <italic>h</italic><sub>3,<italic>k</italic></sub> is
<disp-formula id="FD24">
<label>(8)</label>
<mml:math id="mm28" display="block">
<mml:semantics id="sm28">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mo>∈</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p></list-item></list>
<p>In Section 3, we show that hierarchical entropy function <italic>h</italic><sub>2,<italic>k</italic></sub> is self-affine for each <italic>k</italic> ≥ 2, and in Section 4, we show that hierarchical entropy function <italic>h</italic><sub>3,<italic>k</italic></sub> is self-affine for each <italic>k</italic> ≥ 2.</p></sec></sec></sec>
<sec>
<label>3.</label>
<title><italic>h</italic><sub>2,<italic>k</italic></sub> Is Self-Affine</title>
<p>An iterated function system (IFS) on a closed nonempty subset Ω of a finite-dimensional Euclidean space is a finite nonempty set of mappings which map Ω into itself and are each contraction mappings. Given an IFS 
<inline-graphic xlink:href="algorithms-04-00307i1.gif"/> on Ω, there exists ([<xref ref-type="bibr" rid="b6-algorithms-04-00307">6</xref>], Theorem 9.1) a unique nonempty compact set <italic>Q</italic> ⊂ Ω such that
<disp-formula id="FD25">
<mml:math id="mm29" display="block">
<mml:semantics id="sm29">
<mml:mrow>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mo>∪</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mo>∈</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="script">T</mml:mi></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mspace width="0.2em"/>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p>
<p><italic>Q</italic> is called the attractor of the IFS 
<inline-graphic xlink:href="algorithms-04-00307i1.gif"/>.</p>
<p>Suppose <italic>h</italic> : ℙ<italic><sub>m</sub></italic> → [0, ∞) is the hierarchical entropy function induced by an entropy-stable Λ(<italic>m, k</italic>)-indexed hierarchical source. Let <italic>Ω<sub>m</sub></italic> = ℙ<italic><sub>m</sub></italic> × ℝ, regarded as a metric space with the Euclidean metric that it inherits from being regarded as a closed convex subset of ℝ<italic><sup>m</sup></italic><sup>+1</sup>. We define <italic>h</italic> to be self-affine if there is an IFS 
<inline-graphic xlink:href="algorithms-04-00307i1.gif"/> on Ω<italic><sub>m</sub></italic> such that
<list list-type="bullet">
<list-item>
<p>Each mapping in 
<inline-graphic xlink:href="algorithms-04-00307i1.gif"/> is an affine mapping.</p></list-item>
<list-item>
<p>The attractor of 
<inline-graphic xlink:href="algorithms-04-00307i1.gif"/> is {(<italic>p, h</italic>(<italic>p</italic>)) : <italic>p</italic> ∈ ℙ<italic><sub>m</sub></italic>}, the graph of <italic>h</italic>.</p></list-item></list></p>
<p>For the rest of this section, <italic>k</italic> ≥ 2 is fixed. Our goal is to show that the function <italic>h</italic><sub>2,<italic>k</italic></sub> : ℙ<sub>2</sub> → [0, ∞) is self-affine, where <italic>h</italic><sub>2,<italic>k</italic></sub> is the hierarchical entropy function induced by the unique finitary Λ(2, <italic>k</italic>)-indexed hierarchical source.</p>
<p>For each <italic>i</italic> = 0, 1, …, <italic>k</italic> − 1,
<list list-type="bullet">
<list-item>
<p>Define the matrix
<disp-formula id="FD26">
<mml:math id="mm30" display="block">
<mml:semantics id="sm30">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>≜</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p></list-item>
<list-item>
<p>Define 
<inline-formula>
<mml:math id="mm31" display="inline">
<mml:semantics id="sm31">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>∗</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>ℙ</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>→</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>ℙ</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula> to be the mapping
<disp-formula id="FD27">
<label>(9)</label>
<mml:math id="mm32" display="block">
<mml:semantics id="sm32">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>∗</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>≜</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>∈</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>ℙ</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p></list-item>
<list-item>
<p>Define the vector
<disp-formula id="FD28">
<mml:math id="mm33" display="block">
<mml:semantics id="sm33">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>≜</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>log</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>log</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p></list-item>
<list-item>
<p>Define <italic>T<sub>i</sub></italic> : Ω<sub>2</sub> → Ω<sub>2</sub> to be the mapping
<disp-formula id="FD29">
<label>(10)</label>
<mml:math id="mm34" display="block">
<mml:semantics id="sm34">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>≜</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>∗</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>⋅</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>∈</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>where <italic>p</italic> · <italic>v<sub>i</sub></italic> denotes the usual dot product.</p></list-item></list></p>
<sec>
<title>Remarks</title>
<p>It is clear that the set of mappings 
<inline-formula>
<mml:math id="mm35" display="inline">
<mml:semantics id="sm35">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>∗</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>…</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow>
<mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula> is an IFS on ℙ<sub>2</sub>. This fact allows one to prove (Lemma B.3 of <xref ref-type="app" rid="APP2">Appendix B</xref>) that the related set of mappings {<italic>T<sub>i</sub></italic> : <italic>i</italic> = 0, 1, …, <italic>k</italic> − 1} is an IFS on Ω<sub>2</sub>. This result is the first part of the following theorem.</p></sec>
<sec>
<title>Theorem 2</title>
<p>Let <italic>k</italic> ≥ 2 be arbitrary. The following statements hold:
<list list-type="bullet">
<list-item>
<p><bold>(a):</bold> {<italic>T</italic><sub>0</sub>, <italic>T</italic><sub>1</sub>, …, <italic>T</italic><sub><italic>k</italic>−1</sub>} is an IFS on Ω<sub>2</sub>.</p></list-item>
<list-item>
<p><bold>(b):</bold> <italic>h</italic><sub>2,<italic>k</italic></sub> is self-affine and its graph is the attractor of the IFS in (a).</p></list-item>
<list-item>
<p><bold>(c):</bold> For each <italic>i</italic> = 0, 1, …, <italic>k</italic> − 1,
<disp-formula id="FD30">
<label>(11)</label>
<mml:math id="mm36" display="block">
<mml:semantics id="sm36">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>∗</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>∗</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>∈</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>ℙ</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p></list-item></list></p>
<p>Our proof of Theorem 2 requires the following lemma.</p></sec>
<sec>
<title>Lemma 2</title>
<p>Let <italic>ϕ</italic> ∈ Φ(2, <italic>k</italic>) be the function in Example 3 such that 
<inline-graphic xlink:href="algorithms-04-00307i3.gif"/><italic><sup>ϕ</sup></italic> is the unique finitary Λ(2, <italic>k</italic>)-indexed hierarchical source. For each <italic>i</italic> = 0, 1, …, <italic>k</italic> − 1,
<list list-type="bullet">
<list-item>
<p><bold>(a.1):</bold> If <italic>λ</italic> ∈ Λ(2, <italic>k</italic>), then <italic>λM<sub>i</sub></italic> ∈ Λ(2, <italic>k</italic>) and ‖<italic>λM<sub>i</sub></italic>‖ = <italic>k</italic>‖<italic>λ</italic>‖;</p></list-item>
<list-item>
<p><bold>(a.2):</bold> If <italic>λ</italic> ∈ Λ(2, <italic>k</italic>)<sup>+</sup> and <italic>ϕ</italic>(<italic>λ</italic>) = (<italic>λ</italic><sub>1</sub>, <italic>λ</italic><sub>2</sub>, …, <italic>λ<sub>k</sub></italic>), then
<disp-formula id="FD31">
<mml:math id="mm37" display="block">
<mml:semantics id="sm37">
<mml:mrow>
<mml:mi>ϕ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>⋯</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p></list-item></list></p>
<sec>
<title>Proof</title>
<p>Property (a.1), whose proof we omit, is a simple consequence of the fact that <italic>M<sub>i</sub></italic> has row sums equal to <italic>k</italic>. Fix a type <italic>λ</italic> from Λ(2, <italic>k</italic>)<sup>+</sup>. Letting <italic>ϕ</italic>(<italic>λ</italic>) = (<italic>λ</italic><sub>1</sub>, <italic>λ</italic><sub>2</sub>, …, <italic>λ<sub>k</sub></italic>) and letting <italic>ϕ</italic>(<italic>λM<sub>i</sub></italic>) = (<italic>µ</italic><sub>1</sub>, <italic>µ</italic><sub>2</sub>, …, <italic>µ<sub>k</sub></italic>), we show <italic>µ<sub>s</sub></italic> = <italic>λ<sub>s</sub>M<sub>i</sub></italic> (<italic>s</italic> = 1, …, <italic>k</italic>), which will establish Property (a.2). Write <italic>λ</italic> in the form
<disp-formula id="FD32">
<mml:math id="mm38" display="block">
<mml:semantics id="sm38">
<mml:mrow>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>where <italic>r</italic>(<italic>λ</italic>) = (<italic>r</italic><sub>1</sub>, <italic>r</italic><sub>2</sub>). As remarked in Example 3, either <italic>r</italic><sub>1</sub> = <italic>r</italic><sub>2</sub> = 0, or <italic>r</italic><sub>1</sub> + <italic>r</italic><sub>2</sub> = <italic>k</italic>. Let us first handle the case <italic>r</italic><sub>1</sub> + <italic>r</italic><sub>2</sub> = <italic>k</italic>. Then
<disp-formula id="FD33">
<mml:math id="mm39" display="block">
<mml:semantics id="sm39">
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:msub>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>≤</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>≤</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:msub>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>≤</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>≤</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p>
<p>It is easy to show that
<disp-formula id="FD34">
<mml:math id="mm40" display="block">
<mml:semantics id="sm40">
<mml:mrow>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>where
<disp-formula id="FD35">
<mml:math id="mm41" display="block">
<mml:semantics id="sm41">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p>
<p>It follows that
<disp-formula id="FD36">
<mml:math id="mm42" display="block">
<mml:semantics id="sm42">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>μ</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>≤</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>≤</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="FD37">
<mml:math id="mm43" display="block">
<mml:semantics id="sm43">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>μ</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>≤</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>≤</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p>
<p>For 1 ≤ <italic>s</italic> ≤ <italic>r</italic><sub>1</sub>, we have
<disp-formula id="FD38">
<mml:math id="mm44" display="block">
<mml:semantics id="sm44">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi></mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>μ</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p>
<p>For <italic>r</italic><sub>1</sub> + 1 ≤ <italic>s</italic> ≤ <italic>k</italic>, we have
<disp-formula id="FD39">
<mml:math id="mm45" display="block">
<mml:semantics id="sm45">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi></mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>μ</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p>
<p>The remaining case <italic>r</italic><sub>1</sub> = <italic>r</italic><sub>2</sub> = 0 is much easier. We have
<disp-formula id="FD40">
<mml:math id="mm46" display="block">
<mml:semantics id="sm46">
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:mi>λ</mml:mi></mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left"/></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>≤</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>≤</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:mrow>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left"/></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>μ</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi></mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>≤</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>≤</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p></sec>
<sec>
<title>Proof of Theorem 2</title>
<p>We first derive part(c) and then part(b) (part(a) is already taken care of, as remarked previously). We derive part(c) by establishing <xref rid="FD30" ref-type="disp-formula">Equation (11)</xref> for a fixed <italic>i</italic> ∈ {0, 1, …, <italic>k</italic> − 1}. Let <italic>ϕ</italic> ∈ Φ(2, <italic>k</italic>) be the function given in Example 3 and recall that <italic>H</italic><sub>2,<italic>k</italic></sub> denotes the entropy function <italic>H<sub>ϕ</sub></italic> on Λ(2, <italic>k</italic>). Referring to the definition of 
<inline-formula>
<mml:math id="mm47" display="inline">
<mml:semantics id="sm47">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>∗</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula> in <xref rid="FD27" ref-type="disp-formula">Equation (9)</xref> and <italic>T<sub>i</sub></italic> in <xref rid="FD29" ref-type="disp-formula">Equation (10)</xref>, we see that proving <xref rid="FD30" ref-type="disp-formula">Equation (11)</xref> is equivalent to proving
<disp-formula id="FD41">
<label>(12)</label>
<mml:math id="mm48" display="block">
<mml:semantics id="sm48">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>⋅</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>∈</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>ℙ</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p>
<p>We first show that
<disp-formula id="FD42">
<label>(13)</label>
<mml:math id="mm49" display="block">
<mml:semantics id="sm49">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mo>⋅</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mo>∈</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p>
<p>Our proof of <xref rid="FD42" ref-type="disp-formula">Equation (13)</xref> is by induction on ‖<italic>λ</italic>‖. We first must verify <xref rid="FD42" ref-type="disp-formula">Equation (13)</xref> for ‖<italic>λ</italic>‖ = 1, which is the two cases <italic>λ</italic> = (1, 0) and <italic>λ</italic> = (0, 1). For <italic>λ</italic> = (1, 0), the left side of <xref rid="FD42" ref-type="disp-formula">Equation (13)</xref> is the entropy of the first row of <italic>M<sub>i</sub></italic>, which by <xref rid="FD20" ref-type="disp-formula">Equation (5)</xref> is
<disp-formula id="FD43">
<mml:math id="mm50" display="block">
<mml:semantics id="sm50">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>log</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>and the right side is
<disp-formula id="FD44">
<mml:math id="mm51" display="block">
<mml:semantics id="sm51">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>⋅</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>log</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p>
<p>Similarly, if <italic>λ</italic> = (0, 1), both sides of <xref rid="FD42" ref-type="disp-formula">Equation (13)</xref> are equal to 
<inline-formula>
<mml:math id="mm52" display="inline">
<mml:semantics id="sm52">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mo>log</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula>. Fix <italic>λ</italic>* ∈ Λ(2, <italic>k</italic>) for which ‖<italic>λ</italic>*‖ &gt; 1, and for the induction hypothesis assume that <xref rid="FD42" ref-type="disp-formula">Equation (13)</xref> holds when ‖<italic>λ</italic>‖ is smaller than ‖<italic>λ</italic>*‖. The proof by induction is then completed by showing that <xref rid="FD42" ref-type="disp-formula">Equation (13)</xref> holds for <italic>λ</italic> = <italic>λ</italic>*. Let
<disp-formula id="FD45">
<mml:math id="mm53" display="block">
<mml:semantics id="sm53">
<mml:mrow>
<mml:mi>ϕ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mo>∗</mml:mo></mml:msup>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>⋯</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p>
<p>By the induction hypothesis,
<disp-formula id="FD46">
<mml:math id="mm54" display="block">
<mml:semantics id="sm54">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi></mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>⋅</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>…</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p>
<p>Adding,
<disp-formula id="FD47">
<label>(14)</label>
<mml:math id="mm55" display="block">
<mml:semantics id="sm55">
<mml:mrow>
<mml:munderover>
<mml:mo>∑</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi></mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:munderover>
<mml:mo>∑</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mo>∗</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:mrow>
<mml:mo>⋅</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p>
<p>By Lemma 2,
<disp-formula id="FD48">
<mml:math id="mm56" display="block">
<mml:semantics id="sm56">
<mml:mrow>
<mml:mi>ϕ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mo>∗</mml:mo></mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>⋯</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p>
<p>Appealing to <xref rid="FD7" ref-type="disp-formula">Equation (3)</xref>, we then have
<disp-formula id="FD49">
<mml:math id="mm57" display="block">
<mml:semantics id="sm57">
<mml:mrow>
<mml:munderover>
<mml:mo>∑</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi></mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mo>∗</mml:mo></mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>log</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>where <italic>N</italic> is the number of permutations of the <italic>k</italic>-tuple (<italic>λ</italic><sub>1</sub><italic>M<sub>i</sub></italic>, …, <italic>λ<sub>k</sub>M<sub>i</sub></italic>). Similarly,
<disp-formula id="FD50">
<mml:math id="mm58" display="block">
<mml:semantics id="sm58">
<mml:mrow>
<mml:munderover>
<mml:mo>∑</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mo>∗</mml:mo></mml:msup>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>−</mml:mo></mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>log</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>where <italic>N</italic><sub>2</sub> is the number of permutations of the <italic>k</italic>-tuple (<italic>λ</italic><sub>1</sub>, …, <italic>λ<sub>k</sub></italic>). Since <italic>M<sub>i</sub></italic> is nonsingular (its determinant is <italic>k</italic>), we have <italic>N</italic> = <italic>N</italic><sub>2</sub>. Substituting the right hand sides of the previous two equations into <xref rid="FD47" ref-type="disp-formula">Equation (14)</xref>, we obtain <xref rid="FD42" ref-type="disp-formula">Equation (13)</xref> for <italic>λ</italic> = <italic>λ</italic>*, completing the proof by induction. Dividing both sides of <xref rid="FD42" ref-type="disp-formula">Equation (13)</xref> by ‖<italic>λ</italic>‖, and using the fact that ‖<italic>λM<sub>i</sub></italic>‖ = <italic>k</italic>‖<italic>λ</italic>‖, we see that
<disp-formula id="FD51">
<mml:math id="mm59" display="block">
<mml:semantics id="sm59">
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mi>λ</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>⋅</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>which by <xref rid="FD21" ref-type="disp-formula">Equation (6)</xref> becomes
<disp-formula id="FD52">
<mml:math id="mm60" display="block">
<mml:semantics id="sm60">
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mi>λ</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mi>λ</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>⋅</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p>
<p>It is easy to see that
<disp-formula id="FD53">
<mml:math id="mm61" display="block">
<mml:semantics id="sm61">
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mi>λ</mml:mi></mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p>
<p>Therefore,
<disp-formula id="FD54">
<mml:math id="mm62" display="block">
<mml:semantics id="sm62">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mi>λ</mml:mi></mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mi>λ</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mi>λ</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>⋅</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p>
<p><xref rid="FD41" ref-type="disp-formula">Equation (12)</xref> then follows since the set 
<inline-formula>
<mml:math id="mm63" display="inline">
<mml:semantics id="sm63">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>ℙ</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>∗</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mi>λ</mml:mi></mml:msub>
<mml:mi>:</mml:mi>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mo>∈</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula> is dense in ℙ<sub>2</sub> and <italic>h</italic><sub>2,<italic>k</italic></sub> is a continuous function on ℙ<sub>2</sub>, completing the derivation of part(c) of Theorem 2. All that remains is to prove part(b) of Theorem 2. Let <italic>G</italic> = {(<italic>p, h</italic><sub>2,<italic>k</italic></sub>(<italic>p</italic>)) : <italic>p</italic> ∈ ℙ<sub>2</sub>} be the graph of <italic>h</italic><sub>2,<italic>k</italic></sub>. Part(c) is equivalent to the property that
<disp-formula id="FD55">
<mml:math id="mm64" display="block">
<mml:semantics id="sm64">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>⊂</mml:mo>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>…</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p>
<p>This property, together with the fact that 
<inline-formula>
<mml:math id="mm65" display="inline">
<mml:semantics id="sm65">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>∗</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>…</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula> is an IFS on ℙ<sub>2</sub> with attractor ℙ<sub>2</sub>, allows us to conclude that <italic>G</italic> is the attractor of the IFS {<italic>T</italic><sub>0</sub>, …, <italic>T<sub>i</sub></italic><sub>−1</sub>} (Lemma B.1 of <xref ref-type="app" rid="APP2">Appendix B</xref>), and <italic>h</italic><sub>2,<italic>k</italic></sub> is self-affine because the <italic>T<sub>i</sub></italic>'s are affine. Theorem 2(b) is therefore true.</p></sec></sec>
<sec>
<title>Generating Hierarchical Entropy Function Plots</title>
<p>For each <italic>k</italic> ≥ 2, let 
<inline-formula>
<mml:math id="mm66" display="inline">
<mml:semantics id="sm66">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow>
<mml:mo>∗</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
<mml:mo>→</mml:mo>
<mml:mi>ℝ</mml:mi></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula> be the function
<disp-formula id="FD56">
<mml:math id="mm67" display="block">
<mml:semantics id="sm67">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow>
<mml:mo>∗</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>≤</mml:mo>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>≤</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p>
<p>We can obtain <italic>k<sup>n</sup></italic> points on the plot of 
<inline-formula>
<mml:math id="mm68" display="inline">
<mml:semantics id="sm68">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow>
<mml:mo>∗</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula> as follows. Let {<italic>T<sub>i</sub></italic> : <italic>i</italic> = 0, 1, …, <italic>k</italic> − 1} be the IFS on Ω<sub>2</sub> given in Theorem 2, such that the attractor of this IFS is the graph of <italic>h</italic><sub>2,<italic>k</italic></sub>. Let <italic>S</italic><sub>0</sub>(<italic>k</italic>) = {(0, 1, 0)}, and generate subsets <italic>S</italic><sub>1</sub>(<italic>k</italic>), <italic>S</italic><sub>2</sub>(<italic>k</italic>), …, <italic>S<sub>n</sub></italic>(<italic>k</italic>) of ℝ<sup>3</sup> by the recursion
<disp-formula id="FD57">
<mml:math id="mm69" display="block">
<mml:semantics id="sm69">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mo>∪</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>⋯</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p>
<p>Then <italic>S<sub>n</sub></italic>(<italic>k</italic>) consists of <italic>k<sup>n</sup></italic> points of the form (<italic>x</italic>, 1 − <italic>x, h</italic><sub>2,<italic>k</italic></sub>(<italic>x</italic>, 1 − <italic>x</italic>)). Projecting according to
<disp-formula id="FD58">
<mml:math id="mm70" display="block">
<mml:semantics id="sm70">
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>→</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow>
<mml:mo>∗</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>we obtain <italic>k<sup>n</sup></italic> points on the plot of 
<inline-formula>
<mml:math id="mm71" display="inline">
<mml:semantics id="sm71">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow>
<mml:mo>∗</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula>. Using a Dell Latitude D620 laptop, we did <italic>S<sub>n</sub></italic>(<italic>k</italic>) computations to obtain the plots in <xref ref-type="fig" rid="f2-algorithms-04-00307">Figure 2</xref>, as follows.</p>
<list list-type="bullet">
<list-item>
<p>The plot of 
<inline-formula>
<mml:math id="mm72" display="inline">
<mml:semantics id="sm72">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow>
<mml:mo>∗</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula> used the set <italic>S</italic><sub>24</sub> (2), consisting of 2<sup>24</sup> = 16777216 points, computed in 4.2 seconds.</p></list-item>
<list-item>
<p>The plot of 
<inline-formula>
<mml:math id="mm73" display="inline">
<mml:semantics id="sm73">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow>
<mml:mo>∗</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula> used the set <italic>S</italic><sub>15</sub> (3) consisting of 3<sup>15</sup> = 14348907 points, computed in 3.3 seconds.</p></list-item>
<list-item>
<p>The plot of 
<inline-formula>
<mml:math id="mm74" display="inline">
<mml:semantics id="sm74">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow>
<mml:mo>∗</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula> used the set <italic>S</italic><sub>12</sub>(4) consisting of 4<sup>12</sup> = 16777216 points, computed in 3.5 seconds.</p></list-item></list>
<p>We point out that the functions 
<inline-formula>
<mml:math id="mm75" display="inline">
<mml:semantics id="sm75">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow>
<mml:mo>∗</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula> and 
<inline-formula>
<mml:math id="mm76" display="inline">
<mml:semantics id="sm76">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow>
<mml:mo>∗</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula>, although their plots look similar, are not the same. For example, 
<inline-formula>
<mml:math id="mm77" display="inline">
<mml:semantics id="sm77">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow>
<mml:mo>∗</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula>, whereas 
<inline-formula>
<mml:math id="mm78" display="inline">
<mml:semantics id="sm78">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow>
<mml:mo>∗</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>log</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mn>6</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:mo>≈</mml:mo>
<mml:mn>0.646</mml:mn></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula>.</p></sec></sec>
<sec>
<label>4.</label>
<title><italic>h</italic><sub>3,<italic>k</italic></sub> Is Self-Affine</title>
<p>Fix <italic>k</italic> ≥ 2. It is the purpose of this section to study <italic>h</italic><sub>3,<italic>k</italic></sub> : ℙ<sub>3</sub> → [0, ∞), the hierarchical entropy function induced by the unique finitary Λ(3, <italic>k</italic>)-indexed hierarchical source. In ℝ<sup>3</sup>, let <italic>Q<sub>k</sub></italic> be the convex hull of the set {(<italic>k</italic>, 0, 0), (0, <italic>k</italic>, 0), (0, 0, <italic>k</italic>)}. Then <italic>Q<sub>k</sub></italic> is an equilateral triangle whose three vertices are (<italic>k</italic>, 0, 0), (0, <italic>k</italic>, 0), (0, 0, <italic>k</italic>). We employ the well-known <italic>quadratic partition</italic> [<xref ref-type="bibr" rid="b7-algorithms-04-00307">7</xref>] of <italic>Q<sub>k</sub></italic> into <italic>k</italic><sup>2</sup> congruent equilateral triangles, formed as follows. Partition each of the three sides of <italic>Q<sub>k</sub></italic> into <italic>k</italic> line segments of equal length by laying down <italic>k</italic> − 1 interior points along the side. For each vertex of <italic>Q<sub>k</sub></italic>, draw a line segment connecting the first interior points reached going out from the vertex along its two sides, then draw a line segment connecting the second interior points reached, and so forth until <italic>k</italic> − 1 line segments have been drawn. Doing this for each of the three vertices, you will have drawn a total of 3(<italic>k</italic> − 1) line segments, which subdivide <italic>Q<sub>k</sub></italic> into the <italic>k</italic><sup>2</sup> congruent equilateral triangles of the quadratic partition. See <xref ref-type="fig" rid="f3-algorithms-04-00307">Figure 3</xref>, which illustrates the quadratic partition of triangle <italic>Q</italic><sub>3</sub> into nine sub-triangles.</p>
<p>Let <italic>V</italic><sub>1</sub> be the set of all points (<italic>a, b, c</italic>) in <italic>Q<sub>k</sub></italic> such that <italic>a</italic> is a positive integer and <italic>b, c</italic> are non-negative integers. There are <italic>k</italic>(<italic>k</italic> + 1)/2 points in <italic>V</italic><sub>1</sub>. For each <italic>v</italic> = (<italic>a, b, c</italic>) in <italic>V</italic><sub>1</sub>, let <italic>M</italic><sub>1,<italic>v</italic></sub> be the 3 × 3 matrix
<disp-formula id="FD59">
<label>(15)</label>
<mml:math id="mm79" display="block">
<mml:semantics id="sm79">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mi>a</mml:mi></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mi>b</mml:mi></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mi>c</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mi>c</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mi>b</mml:mi></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p>
<p>For each <italic>v</italic> ∈ <italic>V</italic><sub>1</sub>, the convex hull of the rows of <italic>M</italic><sub>1,<italic>v</italic></sub> is one of the sub-triangles in the quadratic partition of <italic>Q<sub>k</sub></italic>, and these sub-triangles are distinct as <italic>v</italic> varies through <italic>V</italic><sub>1</sub>. This gives us a total of <italic>k</italic>(<italic>k</italic> + 1)/2 of the sub-triangles in the quadratic partition of <italic>Q<sub>k</sub></italic>, and we call these the <italic>V</italic><sub>1</sub> sub-triangles of the partition. Let <italic>V</italic><sub>2</sub> be the set of all (<italic>a, b, c</italic>) in <italic>Q<sub>k</sub></italic> such that <italic>a</italic> is a non-negative integer and <italic>b, c</italic> are positive integers. There are <italic>k</italic>(<italic>k</italic> − 1)/2 points in <italic>V</italic><sub>2</sub>. For each <italic>v</italic> = (<italic>a, b, c</italic>) in <italic>V</italic><sub>2</sub>, let <italic>M</italic><sub>2,<italic>v</italic></sub> be the 3 × 3 matrix
<disp-formula id="FD60">
<label>(16)</label>
<mml:math id="mm80" display="block">
<mml:semantics id="sm80">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mi>a</mml:mi></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mi>b</mml:mi></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mi>c</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mi>c</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mi>b</mml:mi></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p>
<p>For each <italic>v</italic> ∈ <italic>V</italic><sub>2</sub>, the convex hull of the rows of <italic>M</italic><sub>2,<italic>v</italic></sub> is one of the sub-triangles in the quadratic partition of <italic>Q<sub>k</sub></italic>, and these sub-triangles are distinct as <italic>v</italic> varies through <italic>V</italic><sub>2</sub>. This gives us a total of <italic>k</italic>(<italic>k</italic> − 1)/2 of the sub-triangles in the quadratic partition of <italic>Q<sub>k</sub></italic>, and we call these the <italic>V</italic><sub>2</sub> sub-triangles of the partition. The <italic>V</italic><sub>1</sub> sub-triangles are all translations of each other; the <italic>V</italic><sub>2</sub> sub-triangles are all translations of each other and each one can be obtained by rotating a <italic>V</italic><sub>1</sub> sub-triangle about its center 180 degrees, followed by a translation. Together, the <italic>k</italic>(<italic>k</italic> + 1)/2 <italic>V</italic><sub>1</sub> sub-triangles and the <italic>k</italic>(<italic>k</italic> − 1)/2 <italic>V</italic><sub>2</sub> sub-triangles constitute all <italic>k</italic><sup>2</sup> sub-triangles in the quadratic partition of <italic>Q<sub>k</sub></italic>.</p>
<p>We define ℳ(<italic>k</italic>) to be the set of <italic>k</italic><sup>2</sup> matrices
<disp-formula id="FD61">
<mml:math id="mm81" display="block">
<mml:semantics id="sm81">
<mml:mrow>
<mml:mi>ℳ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>≜</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">{</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mo>∈</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">}</mml:mo>
<mml:mo>∪</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">{</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mo>∈</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p>
<p>Each row sum of each matrix in ℳ(<italic>k</italic>) is equal to <italic>k</italic>. Because of this property, we can define for each <italic>M</italic> ∈ ℳ(<italic>k</italic>) the mapping 
<inline-formula>
<mml:math id="mm82" display="inline">
<mml:semantics id="sm82">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>∗</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>ℙ</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>→</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>ℙ</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula> in which
<disp-formula id="FD62">
<label>(17)</label>
<mml:math id="mm83" display="block">
<mml:semantics id="sm83">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>∗</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>≜</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>∈</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>ℙ</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>and we can also define the mapping <italic>T<sub>M</sub></italic> : Ω<sub>3</sub> → Ω<sub>3</sub> in which
<disp-formula id="FD63">
<label>(18)</label>
<mml:math id="mm84" display="block">
<mml:semantics id="sm84">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>M</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>≜</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>∗</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>⋅</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>M</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>∈</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>where
<disp-formula id="FD64">
<label>(19)</label>
<mml:math id="mm85" display="block">
<mml:semantics id="sm85">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>M</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p>
<sec>
<title>Remarks</title>
<p>It is clear that the set of <italic>k</italic><sup>2</sup> mappings 
<inline-formula>
<mml:math id="mm86" display="inline">
<mml:semantics id="sm86">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>∗</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>∈</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="script">M</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula> is an IFS on ℙ<sub>3</sub>. This fact allows one to prove (Lemma B.4 of <xref ref-type="app" rid="APP2">Appendix B</xref>) that the related set of <italic>k</italic><sup>2</sup> mappings {<italic>T<sub>M</sub></italic> : <italic>M</italic> ∈ ℳ(<italic>k</italic>)} is an IFS on Ω<sub>3</sub>. In the following example, we exhibit this IFS in a special case.</p>
<sec>
<title>Example 5</title>
<p>Let <italic>k</italic> = 3. Referring to <xref ref-type="fig" rid="f3-algorithms-04-00307">Figure 3</xref>, we see that the 9 matrices in ℳ (3) are
<disp-formula id="FD65">
<mml:math id="mm87" display="block">
<mml:semantics id="sm87">
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mn>300</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mn>210</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mn>201</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mspace width="0.2em"/>
<mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mn>201</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mn>111</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mn>102</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mspace width="0.2em"/>
<mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mn>210</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mn>120</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mn>111</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mn>4</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mn>102</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mn>012</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mn>003</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mspace width="0.2em"/>
<mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mn>5</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mn>111</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mn>021</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mn>012</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mspace width="0.2em"/>
<mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mn>6</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mn>120</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mn>030</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mn>021</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mn>7</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mn>111</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mn>201</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mn>210</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mspace width="0.2em"/>
<mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mn>8</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mn>012</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mn>102</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mn>111</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mspace width="0.2em"/>
<mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mn>9</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mn>021</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mn>111</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mn>120</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p>
<p>Following <xref rid="FD64" ref-type="disp-formula">Equation (19)</xref>, let <italic>v<sub>i</sub></italic> ∈ ℙ<sup>3</sup> be the vector whose components are the <italic>H</italic><sub>3,3</sub> entropies of the rows of <italic>M<sub>i</sub></italic>. Letting <italic>α</italic> = log<sub>2</sub> 3 and <italic>β</italic> = log<sub>2</sub> 6, <xref rid="FD23" ref-type="disp-formula">Formula (7)</xref> is used to obtain
<disp-formula id="FD66">
<mml:math id="mm88" display="block">
<mml:semantics id="sm88">
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>α</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>α</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>α</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>β</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>α</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>α</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>α</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>β</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mn>4</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>α</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>α</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mn>5</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>β</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>α</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>α</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mn>6</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>α</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>α</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mn>7</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>β</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>α</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>α</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mn>8</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>α</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>α</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>β</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mn>9</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>α</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>β</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>α</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p>
<p>Following <xref rid="FD63" ref-type="disp-formula">Equation (18)</xref>, for each <italic>i</italic> = 1, 2, …, 9, let <italic>T<sub>i</sub></italic> : Ω<sub>3</sub> → Ω<sub>3</sub> be the mapping defined by
<disp-formula id="FD67">
<mml:math id="mm89" display="block">
<mml:semantics id="sm89">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>≜</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>⋅</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>∈</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p>
<p>Theorem 3 which follows will tell us that the graph of <italic>h</italic><sub>3,3</sub> is the attractor of the IFS 
<inline-formula>
<mml:math id="mm90" display="inline">
<mml:semantics id="sm90">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow>
<mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow>
<mml:mn>9</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula>.</p></sec></sec>
<sec>
<title>Theorem 3</title>
<p>Let <italic>k</italic> ≥ 2 be arbitrary The following statements hold:
<list list-type="bullet">
<list-item>
<p><bold>(a):</bold> {<italic>T<sub>M</sub></italic> : <italic>M</italic> ∈ ℳ(<italic>k</italic>)} is an IFS on Ω<sub>3</sub>.</p></list-item>
<list-item>
<p><bold>(b):</bold> <italic>h</italic><sub>3,<italic>k</italic></sub> is self-affine and its graph is the attractor of the IFS in (a).</p></list-item>
<list-item>
<p><bold>(c):</bold> For each <italic>M</italic> ∈ ℳ(<italic>k</italic>),</p></list-item></list>
<disp-formula id="FD68">
<label>(20)</label>
<mml:math id="mm91" display="block">
<mml:semantics id="sm91">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>M</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>∗</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>∗</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>∈</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>ℙ</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p>
<p>Our proof of Theorem 3 requires a couple of lemmas, which follow.</p></sec>
<sec>
<title>Lemma 3</title>
<p>Let <italic>λ</italic> ∈ Λ(3,<italic>k</italic>)<sup>+</sup>, let <italic>ϕ</italic> ∈ Φ(3,<italic>k</italic>) be the function given in Example 4, and let <italic>ϕ</italic>(<italic>λ</italic>) = (<italic>λ</italic><sub>1</sub>, <italic>λ</italic><sub>2</sub>, …, <italic>λ<sub>k</sub></italic>). Suppose we write
<disp-formula id="FD69">
<mml:math id="mm92" display="block">
<mml:semantics id="sm92">
<mml:mrow>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>where the <italic>q<sub>i</sub></italic>'s are non-negative, the <italic>r<sub>i</sub></italic>'s belong to the set {1, 2, …, <italic>k</italic>}, and <italic>r</italic><sub>1</sub> + <italic>r</italic><sub>2</sub> + <italic>r</italic><sub>3</sub> = 2<italic>k</italic>. Then
<disp-formula id="FD70">
<label>(21)</label>
<mml:math id="mm93" display="block">
<mml:semantics id="sm93">
<mml:mrow>
<mml:mtext>card</mml:mtext>
<mml:mo stretchy="false">{</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>≤</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>≤</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">}</mml:mo>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="FD71">
<label>(22)</label>
<mml:math id="mm94" display="block">
<mml:semantics id="sm94">
<mml:mrow>
<mml:mtext>card</mml:mtext>
<mml:mo stretchy="false">{</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>≤</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>≤</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">}</mml:mo>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="FD72">
<label>(23)</label>
<mml:math id="mm95" display="block">
<mml:semantics id="sm95">
<mml:mrow>
<mml:mtext>card</mml:mtext>
<mml:mo stretchy="false">{</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>≤</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>≤</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">}</mml:mo>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p>
<sec>
<title>Proof</title>
<p>If each <italic>r</italic><sub>i</sub> &lt; <italic>k</italic>, then by definition of <italic>ϕ</italic>(<italic>λ</italic>) in Example 4, the properties <xref rid="FD70" ref-type="disp-formula">Equations (21)</xref>–<xref rid="FD72" ref-type="disp-formula">(23)</xref> are true. Now suppose at least one <italic>r</italic><sub>i</sub> = <italic>k</italic>. Then exactly one <italic>r<sub>i</sub></italic> = <italic>k</italic> (since otherwise some <italic>r<sub>i</sub></italic> = 0, which is not allowed). By symmetry, we may suppose that <italic>r</italic><sub>1</sub> = <italic>k</italic>. We may now express <italic>λ</italic> as
<disp-formula id="FD73">
<mml:math id="mm96" display="block">
<mml:semantics id="sm96">
<mml:mrow>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p>
<p>Since <italic>r</italic><sub>2</sub>, <italic>r</italic><sub>3</sub> ∈ {1, 2, …, <italic>k</italic> − 1}, and <italic>r</italic><sub>2</sub> + <italic>r</italic><sub>3</sub> = <italic>k</italic>, the definition of <italic>ϕ</italic>(<italic>λ</italic>) tells us that
<disp-formula id="FD74">
<label>(24)</label>
<mml:math id="mm97" display="block">
<mml:semantics id="sm97">
<mml:mrow>
<mml:mtext>card</mml:mtext>
<mml:mo stretchy="false">{</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>≤</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>≤</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">}</mml:mo>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="FD75">
<label>(25)</label>
<mml:math id="mm98" display="block">
<mml:semantics id="sm98">
<mml:mrow>
<mml:mtext>card</mml:mtext>
<mml:mo stretchy="false">{</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>≤</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>≤</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">}</mml:mo>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p>
<p><xref rid="FD74" ref-type="disp-formula">Equation (24)</xref> yields <xref rid="FD72" ref-type="disp-formula">Equation (23)</xref>, <xref rid="FD75" ref-type="disp-formula">Equation (25)</xref> yields <xref rid="FD71" ref-type="disp-formula">Equation (22)</xref>, and <xref rid="FD70" ref-type="disp-formula">Equation (21)</xref> is vacuously true because <italic>k</italic> − <italic>r</italic><sub>1</sub> = 0.</p></sec></sec>
<sec>
<title>Lemma 4</title>
<p>Let <italic>ϕ</italic> ∈ Φ(3, <italic>k</italic>) be the function given in Example 4. Properties (a.1)-(a.2) below are true for any matrix <italic>M</italic> in the set ℳ(<italic>k</italic>).</p>
<list list-type="bullet">
<list-item>
<p><bold>(a.1):</bold> If <italic>λ</italic> is a type in Λ(3, <italic>k</italic>), then <italic>λM</italic> ∈ Λ(3, <italic>k</italic>) and ‖<italic>λM</italic>‖ = <italic>k</italic>‖<italic>λ</italic>‖;</p></list-item>
<list-item>
<p><bold>(a.2):</bold> If <italic>λ</italic> is a type in Λ(3, <italic>k</italic>)<sup>+</sup>, and <italic>ϕ</italic>(<italic>λ</italic>) = (<italic>λ</italic><sub>1</sub>, <italic>λ</italic><sub>2</sub>, …, <italic>λ<sub>k</sub></italic>), then <italic>ϕ</italic>(<italic>λM</italic>) is some permutation of (<italic>λ</italic><sub>1</sub><italic>M</italic>, <italic>λ</italic><sub>2</sub><italic>M</italic>, …, <italic>λ<sub>k</sub>M</italic>).</p></list-item></list>
<sec>
<title>Proof</title>
<p>Property (a.1), whose proof we omit, is a simple consequence of the fact that each matrix in ℳ(<italic>k</italic>) has row sums equal to <italic>k</italic>. Fix <italic>λ</italic> ∈ Λ(3, <italic>k</italic>)<sup>+</sup> and fix <italic>M</italic> ∈ ℳ(<italic>k</italic>). Let <italic>r</italic>(<italic>λ</italic>) = (<italic>r</italic><sub>1</sub>, <italic>r</italic><sub>2</sub>, <italic>r</italic><sub>3</sub>), and let
<disp-formula id="FD76">
<mml:math id="mm99" display="block">
<mml:semantics id="sm99">
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:mi>λ</mml:mi></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mo>=</mml:mo></mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:mrow>
<mml:mi>ϕ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mo>=</mml:mo></mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>⋯</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:mrow>
<mml:mi>ϕ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mo>=</mml:mo></mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>μ</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>μ</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>⋯</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p>
<p><italic>M</italic> is either of the form <xref rid="FD59" ref-type="disp-formula">Equation (15)</xref> (Case 1) or of the form <xref rid="FD60" ref-type="disp-formula">Equation (16)</xref> (Case 2). Throughout the rest of the proof, we employ the parameter <italic>β</italic> = (<italic>r</italic><sub>1</sub> + <italic>r</italic><sub>2</sub> + <italic>r</italic><sub>3</sub>)/<italic>k</italic>. As remarked in Example 4, <italic>β</italic> ∈ {0, 1, 2}.</p></sec>
<sec>
<title>Proof for Case 1</title>
<p>We have 
<inline-formula>
<mml:math id="mm100" display="inline">
<mml:semantics id="sm100">
<mml:mrow>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula>, where
<disp-formula id="FD77">
<mml:math id="mm101" display="block">
<mml:semantics id="sm101">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr columnalign="left">
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>≜</mml:mo></mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mi>β</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr columnalign="left">
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>≜</mml:mo></mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:msub>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mi>β</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr columnalign="left">
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>≜</mml:mo></mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mi>β</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p>
<p>Note that
<disp-formula id="FD78">
<label>(26)</label>
<mml:math id="mm102" display="block">
<mml:semantics id="sm102">
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mi>β</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>α</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p>
<p>If <italic>β</italic> = 0, then
<disp-formula id="FD79">
<mml:math id="mm103" display="block">
<mml:semantics id="sm103">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:msub>
<mml:mi>μ</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>…</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p>
<p>From <xref rid="FD78" ref-type="disp-formula">Equation (26)</xref>, we have 
<inline-formula>
<mml:math id="mm104" display="inline">
<mml:semantics id="sm104">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula>, and therefore Property (a.2) follows. If <italic>β</italic> = 1, by definition of <italic>ϕ</italic>(<italic>λ</italic>) and <italic>ϕ</italic>(<italic>λM</italic>) in Example 4,
<disp-formula id="FD80">
<label>(27)</label>
<mml:math id="mm105" display="block">
<mml:semantics id="sm105">
<mml:mrow>
<mml:mtext>card</mml:mtext>
<mml:mo stretchy="false">{</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>≤</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>≤</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">}</mml:mo>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="FD81">
<label>(28)</label>
<mml:math id="mm106" display="block">
<mml:semantics id="sm106">
<mml:mrow>
<mml:mtext>card</mml:mtext>
<mml:mo stretchy="false">{</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>≤</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>≤</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">}</mml:mo>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="FD82">
<label>(29)</label>
<mml:math id="mm107" display="block">
<mml:semantics id="sm107">
<mml:mrow>
<mml:mtext>card</mml:mtext>
<mml:mo stretchy="false">{</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>≤</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>≤</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">}</mml:mo>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="FD83">
<mml:math id="mm108" display="block">
<mml:semantics id="sm108">
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mtext>card</mml:mtext>
<mml:mo stretchy="false">{</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>≤</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>≤</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>μ</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">}</mml:mo>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mtext>card</mml:mtext>
<mml:mo stretchy="false">{</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>≤</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>≤</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>μ</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">}</mml:mo>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mtext>card</mml:mtext>
<mml:mo stretchy="false">{</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>≤</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>≤</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>μ</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">}</mml:mo>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p>
<p>Property (a.2) then follows if the equations
<disp-formula id="FD84">
<mml:math id="mm109" display="block">
<mml:semantics id="sm109">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr columnalign="left">
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>=</mml:mo></mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr columnalign="left">
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>=</mml:mo></mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr columnalign="left">
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>=</mml:mo></mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>are valid. These three equations can be seen to hold using the fact from <xref rid="FD78" ref-type="disp-formula">Equation (26)</xref> that
<disp-formula id="FD85">
<mml:math id="mm110" display="block">
<mml:semantics id="sm110">
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p>
<p>Finally, if <italic>β</italic> = 2,
<disp-formula id="FD86">
<label>(30)</label>
<mml:math id="mm111" display="block">
<mml:semantics id="sm111">
<mml:mrow>
<mml:mtext>card</mml:mtext>
<mml:mo stretchy="false">{</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>≤</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>≤</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">}</mml:mo>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="FD87">
<label>(31)</label>
<mml:math id="mm112" display="block">
<mml:semantics id="sm112">
<mml:mrow>
<mml:mtext>card</mml:mtext>
<mml:mo stretchy="false">{</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>≤</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>≤</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">}</mml:mo>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="FD88">
<label>(32)</label>
<mml:math id="mm113" display="block">
<mml:semantics id="sm113">
<mml:mrow>
<mml:mtext>card</mml:mtext>
<mml:mo stretchy="false">{</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>≤</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>≤</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">}</mml:mo>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="FD89">
<mml:math id="mm114" display="block">
<mml:semantics id="sm114">
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mtext>card</mml:mtext>
<mml:mo stretchy="false">{</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>≤</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>≤</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>μ</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">}</mml:mo>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mtext>card</mml:mtext>
<mml:mo stretchy="false">{</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>≤</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>≤</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>μ</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mtext>card</mml:mtext>
<mml:mo stretchy="false">{</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>≤</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>≤</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>μ</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">}</mml:mo>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p>
<p>Property (a.2) then follows if the equations
<disp-formula id="FD90">
<mml:math id="mm115" display="block">
<mml:semantics id="sm115">
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:semantics></mml:math></disp-formula>are valid. These equations can be seen to hold using the fact from <xref rid="FD78" ref-type="disp-formula">Equation (26)</xref> that
<disp-formula id="FD91">
<mml:math id="mm116" display="block">
<mml:semantics id="sm116">
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p></sec>
<sec>
<title>Proof for Case 2</title>
<p>We have
<disp-formula id="FD92">
<mml:math id="mm117" display="block">
<mml:semantics id="sm117">
<mml:mrow>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>where
<disp-formula id="FD93">
<mml:math id="mm118" display="block">
<mml:semantics id="sm118">
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mi>β</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:msub>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mi>β</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mi>β</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msubsup>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p>
<p>Note that
<disp-formula id="FD94">
<label>(33)</label>
<mml:math id="mm119" display="block">
<mml:semantics id="sm119">
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mi>β</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p>
<p>If <italic>β</italic> = 0, then
<disp-formula id="FD95">
<mml:math id="mm120" display="block">
<mml:semantics id="sm120">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:msub>
<mml:mi>μ</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>⋯</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p>
<p>From <xref rid="FD94" ref-type="disp-formula">Equation (33)</xref>, we have
<disp-formula id="FD96">
<mml:math id="mm121" display="block">
<mml:semantics id="sm121">
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>and therefore Property (a.2) follows. Now suppose <italic>β</italic> = 1. The entries of 
<inline-formula>
<mml:math id="mm122" display="inline">
<mml:semantics id="sm122">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula> belong to {1, 2, …, <italic>k</italic>} and their sum is 2<italic>k</italic>. By Lemma 3,
<disp-formula id="FD97">
<mml:math id="mm123" display="block">
<mml:semantics id="sm123">
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mtext>card</mml:mtext>
<mml:mo stretchy="false">{</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>≤</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>≤</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>μ</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">}</mml:mo>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mtext>card</mml:mtext>
<mml:mo stretchy="false">{</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>≤</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>≤</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>μ</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">}</mml:mo>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mtext>card</mml:mtext>
<mml:mo stretchy="false">{</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>≤</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>≤</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>μ</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">}</mml:mo>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p>
<p>In view of the fact that <xref rid="FD80" ref-type="disp-formula">Equations (27</xref>–<xref rid="FD82" ref-type="disp-formula">29)</xref> also hold, Property (a.2) then follows if the equations
<disp-formula id="FD98">
<mml:math id="mm124" display="block">
<mml:semantics id="sm124">
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:semantics></mml:math></disp-formula>are valid. These equations can be seen to hold using the fact from <xref rid="FD94" ref-type="disp-formula">Equation (33)</xref> that
<disp-formula id="FD99">
<mml:math id="mm125" display="block">
<mml:semantics id="sm125">
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p>
<p>Thus, Property (a.2) holds. Finally, suppose that <italic>β</italic> = 2. The entries of 
<inline-formula>
<mml:math id="mm126" display="inline">
<mml:semantics id="sm126">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula> belong to {1, 2, …, <italic>k</italic>} and their sum is <italic>k</italic>. Under these conditions, no entry of 
<inline-formula>
<mml:math id="mm127" display="inline">
<mml:semantics id="sm127">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula> can be equal to <italic>k</italic>, and so all entries belong to the set {1, 2, …, <italic>k</italic> − 1}. By definition of <italic>ϕ</italic>(<italic>λM</italic>) in Example 4,
<disp-formula id="FD100">
<mml:math id="mm128" display="block">
<mml:semantics id="sm128">
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mtext>card</mml:mtext>
<mml:mo stretchy="false">{</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>≤</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>≤</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>μ</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">}</mml:mo>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mtext>card</mml:mtext>
<mml:mo stretchy="false">{</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>≤</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>≤</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>μ</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">}</mml:mo>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mtext>card</mml:mtext>
<mml:mo stretchy="false">{</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>≤</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>≤</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>μ</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">}</mml:mo>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p>
<p>In view of the fact that <xref rid="FD86" ref-type="disp-formula">Equations (30</xref>–<xref rid="FD88" ref-type="disp-formula">32)</xref> also hold, Property (a.2) then follows if the equations
<disp-formula id="FD101">
<mml:math id="mm129" display="block">
<mml:semantics id="sm129">
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:semantics></mml:math></disp-formula>are valid. These equations can be seen to hold using the fact from <xref rid="FD94" ref-type="disp-formula">Equation (33)</xref> that
<disp-formula id="FD102">
<mml:math id="mm130" display="block">
<mml:semantics id="sm130">
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p>
<p>Thus, Property (a.2) holds.</p></sec>
<sec>
<title>Proof of Theorem 3</title>
<p>We first derive part(c) and then part(b) (part(a) is already taken care of, as remarked previously). We derive part(c) by establishing <xref rid="FD68" ref-type="disp-formula">Equation (20)</xref> for a fixed <italic>M</italic> ∈ ℳ(<italic>k</italic>). Let <italic>ϕ</italic> ∈ Φ(3, <italic>k</italic>) be the function given in Example 4 and recall that <italic>H</italic><sub>3,<italic>k</italic></sub> denotes the entropy function <italic>H<sub>ϕ</sub></italic> on Λ(3, <italic>k</italic>). Referring to the definition of 
<inline-formula>
<mml:math id="mm131" display="inline">
<mml:semantics id="sm131">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>∗</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula> in <xref rid="FD62" ref-type="disp-formula">Equation (17)</xref> and <italic>T<sub>M</sub></italic> in <xref rid="FD63" ref-type="disp-formula">Equation (18)</xref>, we see that proving <xref rid="FD68" ref-type="disp-formula">Equation (20)</xref> is equivalent to proving
<disp-formula id="FD103">
<label>(34)</label>
<mml:math id="mm132" display="block">
<mml:semantics id="sm132">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>⋅</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>M</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>∈</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>ℙ</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p>
<p>We first show that
<disp-formula id="FD104">
<label>(35)</label>
<mml:math id="mm133" display="block">
<mml:semantics id="sm133">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mo>⋅</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>M</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mo>∈</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p>
<p>The proof is by induction on ‖<italic>λ</italic>‖. <xref rid="FD104" ref-type="disp-formula">Equation (35)</xref> holds for ‖<italic>λ</italic>‖ = 1, which is the three cases <italic>λ</italic> = (1, 0, 0), <italic>λ</italic> = (0, 1, 0), <italic>λ</italic> = (0, 0, 1). Fix <italic>λ</italic>* ∈ Λ(3, <italic>k</italic>) for which ‖<italic>λ</italic>*‖ &gt; 1, and for the induction hypothesis assume that <xref rid="FD104" ref-type="disp-formula">Equation (35)</xref> holds when ‖<italic>λ</italic>‖ is smaller than ‖<italic>λ</italic>*‖. The proof by induction is then completed by showing that <xref rid="FD104" ref-type="disp-formula">Equation (35)</xref> holds for <italic>λ</italic> = <italic>λ</italic>*. Let <italic>ϕ</italic>(<italic>λ</italic>*) = (<italic>λ</italic><sub>1</sub>, <italic>λ</italic><sub>2</sub>, …, <italic>λ<sub>k</sub></italic>). By the induction hypothesis,
<disp-formula id="FD105">
<mml:math id="mm134" display="block">
<mml:semantics id="sm134">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>⋅</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>M</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>⋯</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p>
<p>Adding,
<disp-formula id="FD106">
<label>(36)</label>
<mml:math id="mm135" display="block">
<mml:semantics id="sm135">
<mml:mrow>
<mml:munderover>
<mml:mo>∑</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:munderover>
<mml:mo>∑</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mo>∗</mml:mo></mml:msup>
<mml:mo>⋅</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>M</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p>
<p>By Lemma 4, <italic>ϕ</italic>(<italic>λ</italic>*<italic>M</italic>) is a permutation of (<italic>λ</italic><sub>1</sub><italic>M</italic>, <italic>λ</italic><sub>2</sub><italic>M</italic>, …, <italic>λ<sub>k</sub>M</italic>), and so by <xref rid="FD7" ref-type="disp-formula">Equation (3)</xref>,
<disp-formula id="FD107">
<mml:math id="mm136" display="block">
<mml:semantics id="sm136">
<mml:mrow>
<mml:munderover>
<mml:mo>∑</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mo>∗</mml:mo></mml:msup>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>log</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>where <italic>N</italic> is the number of permutations of the <italic>k</italic>-tuple (<italic>λ</italic><sub>1</sub><italic>M</italic>, …, <italic>λ<sub>k</sub>M</italic>). Similarly,
<disp-formula id="FD108">
<mml:math id="mm137" display="block">
<mml:semantics id="sm137">
<mml:mrow>
<mml:munderover>
<mml:mo>∑</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mo>∗</mml:mo></mml:msup>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>log</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>where <italic>N</italic><sub>2</sub> is the number of permutations of the <italic>k</italic>-tuple (<italic>λ</italic><sub>1</sub>, …, <italic>λ<sub>k</sub></italic>). Since <italic>M</italic> is nonsingular (its determinant is <italic>k</italic>), we must have <italic>N</italic> = <italic>N</italic><sub>2</sub>. Substituting the right hand sides of the previous two equations into <xref rid="FD106" ref-type="disp-formula">Equation (36)</xref>, we obtain <xref rid="FD104" ref-type="disp-formula">Equation (35)</xref> for <italic>λ</italic> = <italic>λ</italic>*, completing the proof by induction. Dividing both sides of <xref rid="FD104" ref-type="disp-formula">Equation (35)</xref> by ‖<italic>λ</italic>‖, and using the fact that ‖<italic>λM</italic>‖ = <italic>k</italic>‖<italic>λ</italic>‖, we see that
<disp-formula id="FD109">
<mml:math id="mm138" display="block">
<mml:semantics id="sm138">
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mi>λ</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>⋅</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>M</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>which, using <xref rid="FD24" ref-type="disp-formula">Equation (8)</xref>, becomes
<disp-formula id="FD110">
<mml:math id="mm139" display="block">
<mml:semantics id="sm139">
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mi>λ</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mi>λ</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>⋅</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>M</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p>
<p>It is easy to see that
<disp-formula id="FD111">
<mml:math id="mm140" display="block">
<mml:semantics id="sm140">
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mi>λ</mml:mi></mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p>
<p>Therefore,
<disp-formula id="FD112">
<mml:math id="mm141" display="block">
<mml:semantics id="sm141">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mi>λ</mml:mi></mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mi>λ</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mo>⋅</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>M</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p>
<p><xref rid="FD103" ref-type="disp-formula">Equation (34)</xref> then follows since the set 
<inline-formula>
<mml:math id="mm142" display="inline">
<mml:semantics id="sm142">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>ℙ</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>∗</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mi>λ</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mo>∈</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula> is dense in ℙ<sub>3</sub> and <italic>h</italic><sub>3,<italic>k</italic></sub> is a continuous function on ℙ<sub>3</sub>, completing the derivation of part(c) of Theorem 3. All that remains is to prove part(b) of Theorem 3. Letting <italic>G</italic> = {(<italic>p, h</italic><sub>3,<italic>k</italic></sub>(<italic>p</italic>)) : <italic>p</italic> ∈ ℙ<sub>3</sub>} be the graph of <italic>h</italic><sub>3,<italic>k</italic></sub>, part(c) is equivalent to the property that
<disp-formula id="FD113">
<label>(37)</label>
<mml:math id="mm143" display="block">
<mml:semantics id="sm143">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>M</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>⊂</mml:mo>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>∈</mml:mo>
<mml:mi>ℳ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p>
<p>Note that
<disp-formula id="FD114">
<mml:math id="mm144" display="block">
<mml:semantics id="sm144">
<mml:mrow>
<mml:mo>∪</mml:mo>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>∗</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>ℙ</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>∈</mml:mo>
<mml:mi>ℳ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>}</mml:mo>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>ℙ</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>since the sets in the union form the quadratic partition of ℙ<sub>3</sub>, and so ℙ<sub>3</sub> must be the attractor of the IFS 
<inline-formula>
<mml:math id="mm145" display="inline">
<mml:semantics id="sm145">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>∗</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>∈</mml:mo>
<mml:mi>ℳ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula>. This fact, together with <xref rid="FD113" ref-type="disp-formula">Equation (37)</xref>, allows us to conclude (via Lemma B.1 of <xref ref-type="app" rid="APP2">Appendix B</xref>) that <italic>G</italic> is the attractor of the IFS {<italic>T<sub>M</sub></italic> : <italic>M</italic> ∈ ℳ(<italic>k</italic>)}, and <italic>h</italic><sub>3,<italic>k</italic></sub> is self-affine because the <italic>T<sub>M</sub></italic>'s are affine. Theorem 3(b) is therefore true.</p></sec></sec></sec>
<sec>
<label>5.</label>
<title>Properties of Hierarchical Entropy Functions</title>
<p>We conclude the paper with a discussion of some properties of the self-affine hierarchical entropy functions <italic>h</italic><sub>2,<italic>k</italic></sub> and <italic>h</italic><sub>3,<italic>k</italic></sub>. For each <italic>m</italic> ∈ {2, 3} and each <italic>k</italic> ≥ 2, hierarchical entropy function <italic>h<sub>m,k</sub></italic> obeys the following properties.</p>
<list list-type="bullet">
<list-item>
<p><bold>P1:</bold> <italic>h<sub>m,k</sub></italic> is a continuous function on ℙ<italic><sub>m</sub></italic>.</p></list-item>
<list-item>
<p><bold>P2:</bold> If two probability vectors <italic>p</italic><sub>1</sub>, <italic>p</italic><sub>2</sub> in ℙ<italic><sub>m</sub></italic> are permutations of each other, then
<disp-formula id="FD115">
<mml:math id="mm146" display="block">
<mml:semantics id="sm146">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p></list-item>
<list-item>
<p><bold>P3:</bold> If <italic>p</italic> ∈ ℙ<italic><sub>m</sub></italic> is degenerate (meaning that it is a permutation of the vector (1, 0, 0, …, 0)), then <italic>h<sub>m,k</sub></italic>(<italic>p</italic>) = 0.</p></list-item>
<list-item>
<p><bold>P4:</bold> For each <italic>p</italic> ∈ ℙ<italic><sub>m</sub></italic>,
<disp-formula id="FD116">
<mml:math id="mm147" display="block">
<mml:semantics id="sm147">
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>≤</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>≤</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>log</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p></list-item></list>
<p>Properties P1-P4 are simple consequences of what has gone before. For example, to see why the symmetry property P2 is true, first observe that <italic>H<sub>m,k</sub></italic>(<italic>λ</italic><sub>1</sub>) = <italic>H<sub>m,k</sub></italic>(<italic>λ</italic><sub>2</sub>) if <italic>λ</italic><sub>1</sub>, <italic>λ</italic><sub>2</sub> are types which are permutations of each other; this symmetry property for entropy on types then extends to ℙ<italic><sub>m</sub></italic> using the fact that the finitary source which induces <italic>h<sub>m,k</sub></italic> is entropy-stable.</p>
<p>The well-known Shannon entropy function <italic>h<sub>m</sub></italic> on ℙ<italic><sub>m</sub></italic> is defined by
<disp-formula id="FD117">
<mml:math id="mm148" display="block">
<mml:semantics id="sm148">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>…</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>≜</mml:mo>
<mml:munderover>
<mml:mo>∑</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi></mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>log</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>where <italic>p<sub>i</sub></italic> log<sub>2</sub> <italic>p<sub>i</sub></italic> is taken to be zero if <italic>p<sub>i</sub></italic> = 0. We point out that <italic>h<sub>m</sub></italic> also satisfies properties P1-P4. In addition, <italic>h<sub>m</sub></italic> satisfies the property that it attains its maximum value at the equiprobable distribution (1/<italic>m</italic>, 1/<italic>m</italic>, …, 1/<italic>m</italic>). This property fails in general for the <italic>h<sub>m,k</sub></italic> functions, although it is true for some of them; for example, referring to <xref ref-type="fig" rid="f2-algorithms-04-00307">Figure 2</xref>, we see that <italic>h</italic><sub>2,2</sub> and <italic>h</italic><sub>2,4</sub> do not reach their maximum at (1/2, 1/2), but <italic>h</italic><sub>2,3</sub> does. It is an open problem to determine the maximum value of each <italic>h</italic><sub>2,<italic>k</italic></sub> and <italic>h</italic><sub>3,<italic>k</italic></sub> and to see where the maximum is attained.</p>
<p>The inequality
<disp-formula id="FD118">
<mml:math id="mm149" display="block">
<mml:semantics id="sm149">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>≤</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>∈</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>ℙ</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>∈</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">{</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">}</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>≥</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>gives us a relationship between hierarchical entropy and Shannon entropy; it follows from the fact that every string in a hierarchical type class is of the same type. It is an open problem whether this inequality is strict at every non-degenerate <italic>p</italic> ∈ ℙ<italic><sub>m</sub></italic>; we have proved this strict inequality property in some special cases (for example, <italic>m</italic> = <italic>k</italic> = 2).</p></sec></body>
<back>
<sec sec-type="display-objects">
<title>Figures</title>
<fig id="f1-algorithms-04-00307" position="float">
<label>Figure 1.</label>
<caption>
<p>Example 1 Tree Representations and Codeword Table.</p></caption>
<graphic xlink:href="algorithms-04-00307f1.gif"/></fig>
<fig id="f2-algorithms-04-00307" position="float">
<label>Figure 2.</label>
<caption>
<p>Plots of 
<inline-formula>
<mml:math id="mm150" display="inline">
<mml:semantics id="sm150">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow>
<mml:mo>∗</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula> for <italic>k</italic> = 2, 3, 4.</p></caption>
<graphic xlink:href="algorithms-04-00307f2.gif"/></fig>
<fig id="f3-algorithms-04-00307" position="float">
<label>Figure 3.</label>
<caption>
<p>Quadratic Partition Of Triangle <italic>Q</italic><sub>3</sub>.</p></caption>
<graphic xlink:href="algorithms-04-00307f3.gif"/></fig></sec>
<ack>
<p>The work of the author was supported in part by National Science Foundation Grant CCF-0830457.</p></ack>
<app-group>
<app id="APP1">
<title>Appendix A</title>
<p>In this Appendix, we prove Theorem 1. In the following, the infinity norm ‖<italic>x</italic>‖<sub>∞</sub> of a vector <italic>x</italic> = (<italic>x</italic><sub>1</sub>, <italic>x</italic><sub>2</sub>, …, <italic>x<sub>m</sub></italic>) ∈ ℝ<italic><sup>m</sup></italic> is defined as max<sub><italic>i</italic></sub> |<italic>x<sub>i</sub></italic>|.</p>
<sec>
<title>Lemma A.1</title>
<p>Let 
<inline-formula>
<mml:math id="mm151" display="inline">
<mml:semantics id="sm151">
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>ℙ</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>∗</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>→</mml:mo>
<mml:mi>ℝ</mml:mi></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula> be a function, and let
<disp-formula id="FD119">
<label>(38)</label>
<mml:math id="mm152" display="block">
<mml:semantics id="sm152">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>∊</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi></mml:msub>
<mml:mspace width="0.2em"/>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo>max</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">|</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow>
<mml:mo>∞</mml:mo></mml:msub>
<mml:mo>≤</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:msub>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>∈</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>≥</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p>
<p>If 
<inline-formula>
<mml:math id="mm153" display="inline">
<mml:semantics id="sm153">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mo>∑</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow>
<mml:mo>∞</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>∊</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>&lt;</mml:mo>
<mml:mo>∞</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula>, then <italic>f</italic> is uniformly continuous on 
<inline-formula>
<mml:math id="mm154" display="inline">
<mml:semantics id="sm154">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>ℙ</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>∗</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula>.</p>
<sec>
<title>Proof</title>
<p>We show there exists <italic>B</italic> &gt; 0 such that
<disp-formula id="FD120">
<mml:math id="mm155" display="block">
<mml:semantics id="sm155">
<mml:mrow>
<mml:mo>sup</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">|</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow>
<mml:mo>∞</mml:mo></mml:msub>
<mml:mo>≤</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow></mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>∈</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>ℙ</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>∗</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo>≤</mml:mo>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:munderover>
<mml:mo>∑</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow>
<mml:mo>∞</mml:mo></mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>∊</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mo>≥</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>from which the uniform continuity follows. It can be shown that the following two properties hold.</p>
<list list-type="bullet">
<list-item>
<p><bold>(p.1):</bold> For each <italic>j</italic> ≥ 0 and each pair of distinct types <italic>λ</italic><sub>0</sub>, <italic>λ</italic> ∈ Λ<italic><sub>j</sub></italic>(<italic>m, k</italic>), the following is true. Letting <italic>I</italic> = <italic>m</italic>‖<italic>λ</italic><sub>0</sub> − <italic>λ</italic>‖<sub>∞</sub>, there exist types <italic>λ</italic><sub>1</sub>, <italic>λ</italic><sub>2</sub>, …, <italic>λ<sub>I</sub></italic> in Λ<italic><sub>j</sub></italic>(<italic>m, k</italic>) such that <italic>λ<sub>I</sub></italic> = <italic>λ</italic> and
<disp-formula id="FD121">
<mml:math id="mm156" display="block">
<mml:semantics id="sm156">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow>
<mml:mo>∞</mml:mo></mml:msub>
<mml:mo>≤</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>⋯</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>(In other words, we can travel from <italic>λ</italic><sub>0</sub> to <italic>λ</italic> via a path in Λ<italic><sub>j</sub></italic>(<italic>m, k</italic>) consisting of <italic>I</italic> terms, with successive terms no more than distance 1 apart in the infinity norm.)</p></list-item>
<list-item>
<p><bold>(p.2):</bold> There is a positive integer <italic>M</italic> for which the following is true. For each <italic>j</italic> ≥ 1 and each λ<sub>0</sub> ∈ Λ<italic><sub>j</sub></italic>(<italic>m, k</italic>), there exist types <italic>λ</italic><sub>1</sub>, <italic>λ</italic><sub>2</sub>, …, <italic>λ<sub>M</sub></italic> in Λ<italic><sub>j</sub></italic>(<italic>m, k</italic>) such that <italic>λ<sub>M</sub>/k</italic> ∈ Λ<sub><italic>j</italic>−1</sub>(<italic>m, k</italic>) and
<disp-formula id="FD122">
<mml:math id="mm157" display="block">
<mml:semantics id="sm157">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow>
<mml:mo>∞</mml:mo></mml:msub>
<mml:mo>≤</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>⋯</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>(In other words, we can travel in Λ<italic><sub>j</sub></italic>(<italic>m, k</italic>) from any type to a type divisible by <italic>k</italic> via a path consisting of <italic>M</italic> terms, with successive terms no more than distance 1 apart in the infinity norm.)</p></list-item></list>
<p>Let <italic>J</italic> ≥ 0. Suppose <italic>q</italic><sub>1</sub>, <italic>q</italic><sub>2</sub> belong to 
<inline-formula>
<mml:math id="mm158" display="inline">
<mml:semantics id="sm158">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>ℙ</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>∗</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula> and ‖<italic>q</italic><sub>1</sub> − <italic>q</italic><sub>2</sub>‖<sub>∞</sub> ≤ <italic>k</italic><sup>−<italic>J</italic></sup>. Fix <italic>J</italic>′ &gt; <italic>J</italic> and types <italic>λ</italic><sub>1</sub>, <italic>λ</italic><sub>2</sub> in Λ<italic><sub>J′</sub></italic>(<italic>m, k</italic>) such that <italic>q</italic><sub>1</sub> = <italic>p</italic><sub><italic>λ</italic><sub>1</sub></sub> and <italic>q</italic><sub>2</sub> = <italic>p</italic><sub><italic>λ</italic><sub>2</sub></sub>. Starting at <italic>λ</italic><sub>1</sub> and applying property (p.2) repeatedly (that is, for each <italic>j</italic> going backwards from <italic>j</italic> = <italic>J</italic>′ to <italic>j</italic> = <italic>J</italic> + 1), we obtain 
<inline-formula>
<mml:math id="mm159" display="inline">
<mml:semantics id="sm159">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>∈</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi>
<mml:mi>J</mml:mi></mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula> such that
<disp-formula id="FD123">
<mml:math id="mm160" display="block">
<mml:semantics id="sm160">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>−</mml:mo></mml:mrow></mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow>
<mml:mo>∞</mml:mo></mml:msub>
<mml:mo>≤</mml:mo>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:munderover>
<mml:mo>∑</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msup>
<mml:mo>≤</mml:mo>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="FD124">
<mml:math id="mm161" display="block">
<mml:semantics id="sm161">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">|</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo>≤</mml:mo>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:munderover>
<mml:mo>∑</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>∊</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>≤</mml:mo>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:munderover>
<mml:mo>∑</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow>
<mml:mo>∞</mml:mo></mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>∊</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p>
<p>Similarly, we find 
<inline-formula>
<mml:math id="mm162" display="inline">
<mml:semantics id="sm162">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>∈</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi>
<mml:mi>J</mml:mi></mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula> such that
<disp-formula id="FD125">
<mml:math id="mm163" display="block">
<mml:semantics id="sm163">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow>
<mml:mo>∞</mml:mo></mml:msub>
<mml:mo>≤</mml:mo>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="FD126">
<mml:math id="mm164" display="block">
<mml:semantics id="sm164">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">|</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo>≤</mml:mo>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:munderover>
<mml:mo>∑</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow>
<mml:mo>∞</mml:mo></mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>∊</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p>
<p>By the triangle inequality, we have
<disp-formula id="FD127">
<mml:math id="mm165" display="block">
<mml:semantics id="sm165">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow>
<mml:mo>∞</mml:mo></mml:msub>
<mml:mo>≤</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow>
<mml:mo>∞</mml:mo></mml:msub>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow></mml:msup>
<mml:mo>≤</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>and then
<disp-formula id="FD128">
<mml:math id="mm166" display="block">
<mml:semantics id="sm166">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow>
<mml:mo>∞</mml:mo></mml:msub>
<mml:mo>≤</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p>
<p>Applying property (p.1),
<disp-formula id="FD129">
<mml:math id="mm167" display="block">
<mml:semantics id="sm167">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">|</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo>≤</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>∊</mml:mi>
<mml:mi>J</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>and then using the triangle inequality again,
<disp-formula id="FD130">
<mml:math id="mm168" display="block">
<mml:semantics id="sm168">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">|</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo>≤</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>∊</mml:mi>
<mml:mi>J</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:munderover>
<mml:mo>∑</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow>
<mml:mo>∞</mml:mo></mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>∊</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>≤</mml:mo>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:munderover>
<mml:mo>∑</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow>
<mml:mo>∞</mml:mo></mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>∊</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>where <italic>B</italic> = <italic>m</italic>(2<italic>M</italic> +1).</p></sec>
<sec>
<title>Proof of Theorem 1</title>
<p>Let 
<inline-graphic xlink:href="algorithms-04-00307i3.gif"/> = {<italic>S</italic>(<italic>λ</italic>) : <italic>λ</italic> ∈ Λ(<italic>m, k</italic>)} be a finitary hierarchical source. For every <italic>λ</italic> ∈ Λ(<italic>m, k</italic>), we have <italic>H</italic>(<italic>S</italic>(<italic>kλ</italic>)) = <italic>kH</italic>(<italic>S</italic>(<italic>λ</italic>)) and hence the normalized entropies <italic>H</italic>(<italic>S</italic>(<italic>kλ</italic>))/‖<italic>kλ</italic>‖ and <italic>H</italic>(<italic>S</italic>(<italic>λ</italic>))/‖<italic>λ</italic>‖ coincide. It follows that there exists a unique function 
<inline-formula>
<mml:math id="mm169" display="inline">
<mml:semantics id="sm169">
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>ℙ</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>∗</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>→</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>∞</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula> such that
<disp-formula id="FD131">
<mml:math id="mm170" display="block">
<mml:semantics id="sm170">
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mi>λ</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mo>∈</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p>
<p>It is easily seen that 
<inline-graphic xlink:href="algorithms-04-00307i3.gif"/> is entropy-stable by the definition in Section 2.2 if <italic>f</italic> can be extended to a continuous function on ℙ<italic><sub>m</sub></italic> (which will be the hierarchical entropy function induced by 
<inline-graphic xlink:href="algorithms-04-00307i3.gif"/>). This extension will be possible if <italic>f</italic> is uniformly continuous on 
<inline-formula>
<mml:math id="mm171" display="inline">
<mml:semantics id="sm171">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>ℙ</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>∗</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula>, and we establish this by showing that Σ<italic><sub>j</sub> ∊<sub>j</sub></italic> &lt; ∞, where {<italic>∊<sub>j</sub></italic>} is the sequence in <xref rid="FD119" ref-type="disp-formula">Equation (38)</xref>. Let <italic>ϕ</italic> ∈ Φ(<italic>m, k</italic>) be such that 
<inline-graphic xlink:href="algorithms-04-00307i3.gif"/><italic><sup>ϕ</sup></italic> = 
<inline-graphic xlink:href="algorithms-04-00307i3.gif"/>. Let <italic>j</italic> ≥ 1 and let <italic>λ, µ</italic> be types in Λ<italic><sub>j</sub></italic>(<italic>m, k</italic>) for which ‖<italic>λ</italic> − <italic>µ</italic>‖<sub>∞</sub> ≤ 1. Letting
<disp-formula id="FD132">
<mml:math id="mm172" display="block">
<mml:semantics id="sm172">
<mml:mrow>
<mml:mi>ϕ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>⋯</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mi>ϕ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>μ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>μ</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>⋯</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>μ</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>it follows that
<disp-formula id="FD133">
<label>(39)</label>
<mml:math id="mm173" display="block">
<mml:semantics id="sm173">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>μ</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow>
<mml:mo>∞</mml:mo></mml:msub>
<mml:mo>≤</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>⋯</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>and by Lemma 1 we have
<disp-formula id="FD134">
<mml:math id="mm174" display="block">
<mml:semantics id="sm174">
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:munderover>
<mml:mo>∑</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>log</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="FD135">
<mml:math id="mm175" display="block">
<mml:semantics id="sm175">
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>μ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:munderover>
<mml:mo>∑</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>μ</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>log</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>where <italic>N</italic><sub>1</sub>, <italic>N</italic><sub>2</sub> are positive integers ≤ <italic>k</italic>!. The latter two equations imply
<disp-formula id="FD136">
<mml:math id="mm176" display="block">
<mml:semantics id="sm176">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">|</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mi>λ</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mi>μ</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo>≤</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup>
<mml:munderover>
<mml:mo>∑</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">|</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>μ</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>log</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>!</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>from which, using <xref rid="FD133" ref-type="disp-formula">Inequality (39)</xref>,
<disp-formula id="FD137">
<mml:math id="mm177" display="block">
<mml:semantics id="sm177">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">|</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mi>λ</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mi>μ</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo>≤</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>∊</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>log</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>!</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p>
<p>We conclude that
<disp-formula id="FD138">
<mml:math id="mm178" display="block">
<mml:semantics id="sm178">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>∊</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>≤</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>∊</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>log</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>!</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi></mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>≥</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>from which it follows that 
<inline-formula>
<mml:math id="mm179" display="inline">
<mml:semantics id="sm179">
<mml:mrow>
<mml:munderover>
<mml:mo>∑</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow>
<mml:mo>∞</mml:mo></mml:munderover>
<mml:msub>
<mml:mi>∊</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>&lt;</mml:mo>
<mml:mo>∞</mml:mo></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula>. Applying Lemma A.1, we can now say that <italic>f</italic> is uniformly continuous on 
<inline-formula>
<mml:math id="mm180" display="inline">
<mml:semantics id="sm180">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>ℙ</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>∗</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula>.</p></sec></sec></app>
<app id="APP2">
<title>Appendix B</title>
<p>This Appendix proves some auxiliary results useful for proving Theorems 2–3. Henceforth, ‖<italic>x</italic>‖<sub>2</sub> shall denote the Euclidean norm of a vector <italic>x</italic> in a finite-dimensional Euclidean space.</p>
<sec>
<title>Lemma B.1</title>
<p>Let 
<inline-graphic xlink:href="algorithms-04-00307i1.gif"/> be an IFS of contraction mappings on Ω<italic><sub>m</sub></italic>. Let <italic>π</italic> be the projection mapping (<italic>p, y</italic>) → <italic>p</italic> from Ω<italic><sub>m</sub></italic> onto ℙ<italic><sub>m</sub></italic>. Suppose for each <italic>T</italic> ∈ 
<inline-graphic xlink:href="algorithms-04-00307i1.gif"/>, there is a contraction mapping <italic>T</italic>* on ℙ<italic><sub>m</sub></italic> such that <italic>T</italic>*(<italic>p</italic>) = <italic>π</italic>(<italic>T</italic>(<italic>p, y</italic>)) for every (<italic>p, y</italic>) in Ω<italic><sub>m</sub></italic>, and suppose ℙ<italic><sub>m</sub></italic> is the attractor of the IFS {<italic>T</italic>* : <italic>T</italic> ∈ 
<inline-graphic xlink:href="algorithms-04-00307i1.gif"/>}. Suppose <italic>h</italic> : ℙ<italic><sub>m</sub></italic> → ℝ is a continuous mapping whose graph <italic>G<sub>h</sub></italic> = {(<italic>p, h</italic>(<italic>p</italic>)) : <italic>p</italic> ∈ ℙ<italic><sub>m</sub></italic>} satisfies the property
<disp-formula id="FD139">
<mml:math id="mm181" display="block">
<mml:semantics id="sm181">
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>⊂</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mo>∈</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="script">T</mml:mi></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p>
<p>Then <italic>G<sub>h</sub></italic> is the attractor of 
<inline-graphic xlink:href="algorithms-04-00307i1.gif"/>.</p>
<sec>
<title>Proof</title>
<p>Let <italic>Q</italic> be the attractor of 
<inline-graphic xlink:href="algorithms-04-00307i1.gif"/>. Since each mapping in 
<inline-graphic xlink:href="algorithms-04-00307i1.gif"/> maps the compact set <italic>G<sub>h</sub></italic> into itself, <italic>Q</italic> ⊂ <italic>G<sub>h</sub></italic> by uniqueness of the attractor. The proof is completed by showing the reverse inclusion <italic>G<sub>h</sub></italic> ⊂ <italic>Q</italic>. Since <italic>π</italic>(<italic>Q</italic>) is the attractor of the IFS {<italic>T</italic>* : <italic>T</italic> ∈ 
<inline-graphic xlink:href="algorithms-04-00307i1.gif"/>}, we must have <italic>π</italic>(<italic>Q</italic>) = ℙ<italic><sub>m</sub></italic> by assumption. Let (<italic>p, h</italic>(<italic>p</italic>)) be an arbitrary element of <italic>G<sub>h</sub></italic>. Since <italic>π</italic>(<italic>Q</italic>) = ℙ<italic><sub>m</sub></italic>, there exists a point in <italic>Q</italic> of the form (<italic>p, y</italic>). But (<italic>p, y</italic>) and (<italic>p, h</italic>(<italic>p</italic>)) both belong to <italic>G<sub>h</sub></italic>, so <italic>y</italic> = <italic>h</italic>(<italic>p</italic>). We conclude (<italic>p, h</italic>(<italic>p</italic>)) belongs to <italic>Q</italic>, and therefore <italic>G<sub>h</sub></italic> ⊂ <italic>Q</italic>.</p></sec></sec>
<sec>
<title>Lemma B.2</title>
<p>Let <italic>T</italic>* : ℙ<italic><sub>m</sub></italic> → ℙ<italic><sub>m</sub></italic> be a contraction mapping with contraction coefficient <italic>σ</italic> ∈ (0, 1), meaning that
<disp-formula id="FD140">
<mml:math id="mm182" display="block">
<mml:semantics id="sm182">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mo>∗</mml:mo></mml:msup>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mo>∗</mml:mo></mml:msup>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>≤</mml:mo>
<mml:mi>σ</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:msub>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>∈</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>ℙ</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p>
<p>Let <italic>c</italic> = (<italic>c</italic><sub>1</sub>, <italic>c</italic><sub>2</sub>, …, <italic>c<sub>m</sub></italic>) be a vector in ℝ<italic><sup>m</sup></italic> and define its variance by
<disp-formula id="FD141">
<label>(40)</label>
<mml:math id="mm183" display="block">
<mml:semantics id="sm183">
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>≜</mml:mo>
<mml:munderover>
<mml:mo>∑</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi></mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mo>¯</mml:mo></mml:mover>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>where <italic>c̄</italic> is the average of the entries of <italic>c</italic>. Let <italic>T</italic> : Ω<sub><italic>m</italic></sub> → Ω<sub><italic>m</italic></sub> be the mapping
<disp-formula id="FD142">
<mml:math id="mm184" display="block">
<mml:semantics id="sm184">
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>≜</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mo>∗</mml:mo></mml:msup>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>σ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>⋅</mml:mo>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="0.5em"/>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>∈</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>ℙ</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="0.5em"/>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mo>∈</mml:mo>
<mml:mi>ℝ</mml:mi></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p>
<p>Then <italic>T</italic> is a contraction mapping if <italic>V</italic>(<italic>c</italic>) &lt; σ<sup>−2</sup>(1 − <italic>σ</italic><sup>2</sup>)<sup>2</sup>.</p>
<sec>
<title>Proof</title>
<p>By the intermediate value theorem, there is a real number <italic>λ</italic> in the interval [<italic>σ</italic>, 1) such that
<disp-formula id="FD143">
<label>(41)</label>
<mml:math id="mm185" display="block">
<mml:semantics id="sm185">
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mi>σ</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msup>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>σ</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msup>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p>
<p>Then <italic>T</italic> is a contraction if we show that
<disp-formula id="FD144">
<label>(42)</label>
<mml:math id="mm186" display="block">
<mml:semantics id="sm186">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup>
<mml:mo>≤</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>for <italic>p, q</italic> in ℙ<italic><sub>m</sub></italic> and <italic>u, v</italic> ∈ ℝ. The left hand side of <xref rid="FD144" ref-type="disp-formula">Inequality (42)</xref> is less than or equal to
<disp-formula id="FD145">
<mml:math id="mm187" display="block">
<mml:semantics id="sm187">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>σ</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mi>σ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>⋅</mml:mo>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mi>σ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>μ</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p>
<p>The right hand side of <xref rid="FD144" ref-type="disp-formula">Inequality (42)</xref> is equal to
<disp-formula id="FD146">
<mml:math id="mm188" display="block">
<mml:semantics id="sm188">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p>
<p>Therefore, we will be done if we can show that
<disp-formula id="FD147">
<label>(43)</label>
<mml:math id="mm189" display="block">
<mml:semantics id="sm189">
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msup>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>σ</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msup>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msup>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mi>σ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>⋅</mml:mo>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mi>σ</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msup>
<mml:mo>≥</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>for all <italic>p, q</italic> in ℙ<italic><sub>m</sub></italic> and all real numbers <italic>t</italic>. If <italic>V</italic>(<italic>c</italic>) = 0, then we are done because the left side of <xref rid="FD147" ref-type="disp-formula">Inequality (43)</xref> is identically zero (this is because <italic>λ</italic> = <italic>σ</italic> and because (<italic>p</italic> − <italic>q</italic>) · <italic>c</italic> = 0 due to the fact that the components of <italic>c</italic> are constant). We assume <italic>V</italic>(<italic>c</italic>) &gt; 0 and therefore <italic>λ</italic> &gt; <italic>σ</italic>. Letting <italic>Q<sub>p,q</sub></italic>(<italic>t</italic>) for fixed <italic>p, q</italic> be the quadratic polynomial
<disp-formula id="FD148">
<mml:math id="mm190" display="block">
<mml:semantics id="sm190">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msup>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mi>σ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>⋅</mml:mo>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mi>σ</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>the plot of <italic>Q<sub>p,q</sub></italic>(<italic>t</italic>) is a parabola opening upward because the coefficient of <italic>t</italic><sup>2</sup> is the positive number <italic>λ</italic><sup>2</sup> − <italic>σ</italic><sup>2</sup>. Therefore, <italic>Q<sub>p,q</sub></italic>(<italic>t</italic>) possesses a unique global minimum over <italic>t</italic> and it is easy to compute
<disp-formula id="FD149">
<mml:math id="mm191" display="block">
<mml:semantics id="sm191">
<mml:mrow>
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mo>min</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi></mml:munder>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mi>σ</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>⋅</mml:mo>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>σ</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msup>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p>
<p>It follows that <xref rid="FD147" ref-type="disp-formula">Inequality (43)</xref> will be true for all <italic>p, q, u, v</italic> if
<disp-formula id="FD150">
<mml:math id="mm192" display="block">
<mml:semantics id="sm192">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msup>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>σ</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msup>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">‖</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup>
<mml:mo>≥</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mi>σ</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>⋅</mml:mo>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>holds for all <italic>p, q</italic> in ℙ<italic><sub>m</sub></italic>, which in turn will be true if we can show that
<disp-formula id="FD151">
<mml:math id="mm193" display="block">
<mml:semantics id="sm193">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>⋅</mml:mo>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mo>≤</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mi>σ</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msup>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>σ</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msup>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>holds for all <italic>x</italic> = (<italic>x</italic><sub>1</sub>, <italic>x</italic><sub>2</sub>, …, <italic>x<sub>m</sub></italic>) ∈ ℝ<italic><sup>m</sup></italic> for which
<disp-formula id="FD152">
<label>(44)</label>
<mml:math id="mm194" display="block">
<mml:semantics id="sm194">
<mml:mrow>
<mml:munderover>
<mml:mo>∑</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi></mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:munderover>
<mml:mo>∑</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi></mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p>
<p>It is a simple exercise in Lagrange multipliers, which we omit, to show that the vector <italic>x</italic> = (<italic>x</italic><sub>1</sub>, …, <italic>x<sub>m</sub></italic>) satisfying the constraints in <xref rid="FD152" ref-type="disp-formula">Equation (44)</xref> which maximizes the dot product <italic>x</italic> · <italic>c</italic> is the vector for which
<disp-formula id="FD153">
<mml:math id="mm195" display="block">
<mml:semantics id="sm195">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mo>¯</mml:mo></mml:mover>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msqrt>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>⋯</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p>
<p>For this choice of <italic>x, x</italic> · <italic>c</italic> can be seen to be 
<inline-formula>
<mml:math id="mm196" display="inline">
<mml:semantics id="sm196">
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula>. Therefore, we will be done if
<disp-formula id="FD154">
<mml:math id="mm197" display="block">
<mml:semantics id="sm197">
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>≤</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mi>σ</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msup>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>σ</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msup>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p>
<p>But this is true with equality, by <xref rid="FD143" ref-type="disp-formula">Equation (41)</xref>.</p></sec></sec>
<sec>
<title>Lemma B.3</title>
<p>Let <italic>k</italic> ≥ 2 be arbitrary. Then, for each <italic>i</italic> = 0, 1, …, <italic>k</italic> − 1, the mapping <italic>T<sub>i</sub></italic> : Ω<sub>2</sub> → Ω<sub>2</sub> defined in Section 3 is a contraction.</p>
<sec>
<title>Proof</title>
<p>Fix <italic>i</italic> in {0, 1, …, <italic>i</italic> − 1}. The mapping 
<inline-formula>
<mml:math id="mm198" display="inline">
<mml:semantics id="sm198">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>∗</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>ℙ</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>→</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>ℙ</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula> is a contraction mapping with contraction coefficient <italic>k</italic><sup>−1</sup>. Applying Lemma B.2 with <italic>σ</italic> = <italic>k</italic><sup>−1</sup>, <italic>T<sub>i</sub></italic> will be a contraction mapping if we can show that
<disp-formula id="FD155">
<label>(45)</label>
<mml:math id="mm199" display="block">
<mml:semantics id="sm199">
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>log</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>log</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo>&lt;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>≥</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p>
<p>It is easy to compute that
<disp-formula id="FD156">
<mml:math id="mm200" display="block">
<mml:semantics id="sm200">
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>log</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>log</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>log</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>log</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>where <italic>a</italic><sub>1</sub> = <italic>i</italic> + 1, <italic>a</italic><sub>2</sub> = <italic>k</italic> − <italic>i</italic> For any constant <italic>γ</italic> satisfying 0 &lt; <italic>γ</italic> &lt; 1, we have
<disp-formula id="FD157">
<label>(46)</label>
<mml:math id="mm201" display="block">
<mml:semantics id="sm201">
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>log</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>log</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>≤</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:munderover>
<mml:mo>∑</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:munderover>
<mml:mspace width="0.3em"/>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>log</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mspace width="0.3em"/>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>γ</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p>
<p>Using the fact that
<disp-formula id="FD158">
<mml:math id="mm202" display="block">
<mml:semantics id="sm202">
<mml:mrow>
<mml:mi>γ</mml:mi>
<mml:mo>≤</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>γ</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac>
<mml:mo>≤</mml:mo>
<mml:mi>γ</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>the right side of <xref rid="FD157" ref-type="disp-formula">Inequality (46)</xref> is upper bounded by
<disp-formula id="FD159">
<mml:math id="mm203" display="block">
<mml:semantics id="sm203">
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>max</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>log</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mi>γ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>log</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">{</mml:mo>
<mml:mi>γ</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">}</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p>
<p>Choosing the smallest value of <italic>γ</italic> for which
<disp-formula id="FD160">
<mml:math id="mm204" display="block">
<mml:semantics id="sm204">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>log</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">{</mml:mo>
<mml:mi>γ</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">}</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msup>
<mml:mo>≥</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>log</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mi>γ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>holds for every <italic>k</italic> ≥ 2, we obtain 
<inline-formula>
<mml:math id="mm205" display="inline">
<mml:semantics id="sm205">
<mml:mrow>
<mml:mi>γ</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula>. We have thus proved the variance bound
<disp-formula id="FD161">
<mml:math id="mm206" display="block">
<mml:semantics id="sm206">
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>log</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>log</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>≤</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mspace width="0.3em"/>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>log</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mspace width="0.3em"/>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>≥</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p>
<p>Using calculus, it is easy to show that
<disp-formula id="FD162">
<mml:math id="mm207" display="block">
<mml:semantics id="sm207">
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msqrt>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>log</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mspace width="0.3em"/>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo>&lt;</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>0.5</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>≥</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p>
<p>Thus, <xref rid="FD155" ref-type="disp-formula">Inequality (45)</xref> holds, and our proof is complete.</p></sec></sec>
<sec>
<title>Lemma B.4</title>
<p>Let <italic>k</italic> ≥ 2 be arbitrary. Then, for each matrix <italic>M</italic> in the set of matrices ℳ(<italic>k</italic>), the mapping <italic>T<sub>M</sub></italic> : Ω<sub>3</sub> → Ω<sub>3</sub> defined in Section 4 is a contraction.</p>
<sec>
<title>Proof</title>
<p>The mapping 
<inline-formula>
<mml:math id="mm208" display="inline">
<mml:semantics id="sm208">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>∗</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>ℙ</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>→</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>ℙ</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula> is a contraction with contraction coefficient <italic>k</italic><sup>−1</sup>. Applying Lemma B.2 with <italic>σ</italic> = <italic>k</italic><sup>−1</sup>, we have to show that various variances are all less than (<italic>k</italic> − <italic>k</italic><sup>−1</sup>)<sup>2</sup>. Specifically, for each (<italic>a, b, c</italic>) ∈ <italic>V</italic><sub>1</sub> we wish to show
<disp-formula id="FD163">
<label>(47)</label>
<mml:math id="mm209" display="block">
<mml:semantics id="sm209">
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>&lt;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>and for each (<italic>a, b, c</italic>) ∈ <italic>V</italic><sub>2</sub> we wish to show
<disp-formula id="FD164">
<label>(48)</label>
<mml:math id="mm210" display="block">
<mml:semantics id="sm210">
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>&lt;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p>
<p>Using <xref rid="FD23" ref-type="disp-formula">Formula (7)</xref>, the variance on the left side of <xref rid="FD163" ref-type="disp-formula">Inequality (47)</xref> is equal to
<disp-formula id="FD165">
<mml:math id="mm211" display="block">
<mml:semantics id="sm211">
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>log</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>log</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>log</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p>
<p>Let <italic>a</italic><sub>1</sub> = <italic>a, a</italic><sub>2</sub> = <italic>b</italic> + 1, <italic>a</italic><sub>3</sub> = <italic>c</italic> + 1. For any constant <italic>γ</italic> satisfying 0 &lt; <italic>γ</italic> &lt; 1, we have
<disp-formula id="FD166">
<label>(49)</label>
<mml:math id="mm212" display="block">
<mml:semantics id="sm212">
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>log</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>log</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>log</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>≤</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:munderover>
<mml:mo>∑</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:munderover>
<mml:mspace width="0.3em"/>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>log</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mspace width="0.3em"/>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>γ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p>
<p>Using the fact that
<disp-formula id="FD167">
<mml:math id="mm213" display="block">
<mml:semantics id="sm213">
<mml:mrow>
<mml:mi>γ</mml:mi>
<mml:mo>≤</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>γ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac>
<mml:mo>≤</mml:mo>
<mml:mi>γ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>the right side of <xref rid="FD166" ref-type="disp-formula">Inequality (49)</xref> is upper bounded by
<disp-formula id="FD168">
<mml:math id="mm214" display="block">
<mml:semantics id="sm214">
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>max</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>log</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>log</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>γ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p>
<p>Choosing the smallest value of <italic>γ</italic> for which
<disp-formula id="FD169">
<mml:math id="mm215" display="block">
<mml:semantics id="sm215">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>log</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>γ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msup>
<mml:mo>≥</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>log</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>holds for every <italic>k</italic> ≥ 2, we obtain 
<inline-formula>
<mml:math id="mm216" display="inline">
<mml:semantics id="sm216">
<mml:mrow>
<mml:mi>γ</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula>. We have thus proved the variance bound
<disp-formula id="FD170">
<mml:math id="mm217" display="block">
<mml:semantics id="sm217">
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>log</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>log</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>log</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>≤</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mspace width="0.3em"/>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>log</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>∈</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p>
<p>Similarly, the variance on the left side of <xref rid="FD164" ref-type="disp-formula">Inequality (48)</xref> is <italic>V</italic>(log<sub>2</sub>(<italic>a</italic> + 1), log<sub>2</sub> <italic>b</italic>, log<sub>2</sub> <italic>c</italic>), and
<disp-formula id="FD171">
<mml:math id="mm218" display="block">
<mml:semantics id="sm218">
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>log</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>log</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>log</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>≤</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mspace width="0.3em"/>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>log</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mspace width="0.3em"/>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>∈</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p>
<p>Using calculus, it is easy to show that
<disp-formula id="FD172">
<mml:math id="mm219" display="block">
<mml:semantics id="sm219">
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:msqrt>
<mml:msub>
<mml:mo>log</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mspace width="0.3em"/>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo>&lt;</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>0.5</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>≥</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p>
<p>Thus, for each (<italic>a, b, c</italic>) ∈ <italic>V</italic><sub>1</sub>, we have the desired inequality
<disp-formula id="FD173">
<mml:math id="mm220" display="block">
<mml:semantics id="sm220">
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>log</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>log</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>log</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>&lt;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>and for each (<italic>a, b, c</italic>) ∈ <italic>V</italic><sub>2</sub>, we have the desired inequality
<disp-formula id="FD174">
<mml:math id="mm221" display="block">
<mml:semantics id="sm221">
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>log</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>log</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>log</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>&lt;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p></sec></sec></app></app-group>
<ref-list>
<title>References</title>
<ref id="b1-algorithms-04-00307"><label>1.</label><citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Csiszár</surname><given-names>I.</given-names></name><name><surname>Körner</surname><given-names>J.</given-names></name></person-group><source>Information Theory: Coding Theorems for Discrete Memoryless Systems</source><edition>2nd ed.</edition><publisher-name>Cambridge University Press</publisher-name><publisher-loc>Cambridge, UK</publisher-loc><year>2011</year></citation></ref>
<ref id="b2-algorithms-04-00307"><label>2.</label><citation citation-type="confproc"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Kieffer</surname><given-names>J.</given-names></name></person-group><article-title>Hierarchical Type Classes and Their Entropy Functions</article-title><conf-name>Proceedings of the 1st International Conference on Data Compression, Communication and Processing</conf-name><conf-loc>Palinuro, Campania, Italy</conf-loc><conf-date>21–24 June 2011</conf-date><fpage>246</fpage><lpage>254</lpage></citation></ref>
<ref id="b3-algorithms-04-00307"><label>3.</label><citation citation-type="thesis"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Oh</surname><given-names>S.-Y.</given-names></name></person-group><article-title>Information Theory of Random Trees Induced by Stochastic Grammars</article-title><source>Ph.D. Thesis</source><publisher-name>University of Minnesota Twin Cities, Department of Electrical &amp; Computer Engineering</publisher-name><publisher-loc>Minneapolis, MN, USA</publisher-loc><year>2011</year></citation></ref>
<ref id="b4-algorithms-04-00307"><label>4.</label><citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Brualdi</surname><given-names>R.</given-names></name></person-group><article-title>Algorithms for constructing (0,1)-matrices with prescribed row and column sum vectors</article-title><source>Discret. Math.</source><year>2006</year><volume>306</volume><fpage>3054</fpage><lpage>3062</lpage><pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.disc.2004.10.028</pub-id></citation></ref>
<ref id="b5-algorithms-04-00307"><label>5.</label><citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Fonseca</surname><given-names>C.</given-names></name><name><surname>Mamede</surname><given-names>R.</given-names></name></person-group><article-title>On (0,1)-matrices with prescribed row and column sum vectors</article-title><source>Discret. Math.</source><year>2009</year><volume>309</volume><fpage>2519</fpage><lpage>2527</lpage><pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.disc.2008.06.013</pub-id></citation></ref>
<ref id="b6-algorithms-04-00307"><label>6.</label><citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Falconer</surname><given-names>K.</given-names></name></person-group><source>Fractal Geometry</source><publisher-name>John Wiley &amp; Sons</publisher-name><publisher-loc>Hoboken, NJ, USA</publisher-loc><year>2003</year></citation></ref>
<ref id="b7-algorithms-04-00307"><label>7.</label><citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Soifer</surname><given-names>A.</given-names></name></person-group><source>How Does One Cut a Triangle?</source><publisher-name>Springer-Verlag</publisher-name><publisher-loc>Berlin, Heidelberg, Germany</publisher-loc><year>2010</year></citation></ref></ref-list></back></article>
