Кіріспе

Рационалды сандардың реттелген екілік ағашы. Сандар теориясында Стерн-Броко ағашы – шексіз толық екілік ағаш, онда төбелер оң рационалды сандарға бір-бірден сәйкес келеді, ал олардың мәндері іздеу ағашындағыдай солдан оңға реттелген. Стерн-Броко ағашы тәуелсіз түрде екі ғалыммен ұсынылды, Стерн – неміс сан теоретигі, ал Броко – француз сағатшысы, ол Стерн-Броко ағашын белгілі бір қажетті мәнге жақын беріліс қатынасын жасау үшін, сол мәнге жақын тегіс сандардың арақатынасын тауып қолданды. Стерн-Броко ағашының түбірі 1 санына сәйкес келеді. Стерн-Броко ағашындағы сандар арасындағы ата-ана – бала қатынасы үздіксіз бөлшектер немесе медианталар арқылы анықталуы мүмкін, ал ағашта түбірден кез келген басқа санға дейінгі жол q санына, q-дан кіші атаушылары бар жуықтамалардың тізбесін ұсынады. Ағаш әрбір оң рационалды санды бір рет қамтығандықтан, ағаштың ендігіне бірінші іздеу барлық оң рационалды сандарды тізімдеу әдісін ұсынады, бұл Фарей тізбектерімен тығыз байланысты. Стерн-Броко ағашының (0,1) аралығындағы рационалды сандарды қамтитын сол жақ тармағы Фарей ағашы деп аталады.

Жасалатын ереже

Ағаштың әрбір төбесі үштік бөлшектермен байланыстырылуы мүмкін, олар төбемен бір қатардағы үш бөлшектен тұрады, атап айтқанда, төбенің сол жағындағы бөлшек, төбедегі бөлшек және төбенің оң жағындағы бөлшек. (Жоғарыдағы суретті қараңыз.) Сол және оң жақ бөлшектер төбемен бір қатардағы төбелерге сәйкес келмейді, егер олардың алдыңғы қатардағы төбелерге сәйкес келеді. Әрбір мұндай бөлшек сол бөлшекпен белгіленген алдыңғы төбеден төмен түсетін екі шексіз жолмен шектелген жазықтықтың аймағын белгілеу ретінде түсіндірілуі мүмкін. Үштіктің екінші мүшесі әрқашан бірінші және үшінші мүшелердің медианты болады. Мысалы, түбір және оның сол және оң ұрпақтары тиісінше және ағаш келесі ереже бойынша құрылады: сол ұрпағы және оң ұрпағы .

Фарей тізбектерімен байланысы

n реттіліктегі Фарей тізбегі – [0,1] жабық аралығындағы, атауышы n-нен кем немесе тең болатын бөлшектердің реттелген тізбегі. Екілік іздеу әдісі арқылы Стерн-Броко ағашын құру сияқты, Фарей тізбегі де медианттарды қолдану арқылы құрылуы мүмкін: n+1 реттіліктегі Фарей тізбегі n реттіліктегі Фарей тізбегінің әрбір екі тікелей түйін арасындағы медиантты есептеу арқылы құрылады, атауышы нақты n+1-ге тең медианттардың ішкі жиынтығын сақтап, осы медианттарды олар есептелген екі түйіннің арасына орналастырады. Стерн-Броко ағашының әрбір деңгейіндегі түйіндердің құрылымын сипаттау үшін [0/1, 1/0] аралық нүктелерінен басталатын медиантты енгізудің ұқсас процесі де қолданылуы мүмкін. 0-реттік Стерн-Броко тізбегі – [0/1, 1/0] тізбегі, ал i-реттік Стерн-Броко тізбегі – i-1 реттік Стерн-Броко тізбегіндегі әрбір тікелей түйін жұбының арасына медиантты енгізу арқылы құрылған тізбек. Стерн-Броко i-реттік тізбегі Стерн-Броко ағашының алғашқы i деңгейіндегі барлық түйіндерден, сондай-ақ 0/1 және 1/0 шекаралық түйіндерден тұрады, сандық ретпен орналасқан. Осылайша, Стерн-Броко тізбектері Фарей тізбектерінен екі жағынан ерекшеленеді: олар [0,1] аралығындағы рационалдарды ғана емес, барлық оң рационалдарды қамтиды, және n-ші қадамда барлық медианттар кіреді, атауышы n-ге тең медианттар ғана емес. n реттіліктегі Фарей тізбегін Стерн-Броко ағашының сол жақ тармағын ішкі ретпен аралау арқылы табуға болады, атауышы n-ден үлкен түйінге жеткенде кері қайту арқылы.