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new line family thing proof
authorBjørn Rustad <bjorn@rustad.me>
Mon, 1 Dec 2014 10:15:04 +0000 (11:15 +0100)
committerBjørn Rustad <bjorn@rustad.me>
Mon, 1 Dec 2014 10:15:04 +0000 (11:15 +0100)
theory.tex

index 5ce6755c18a75de43f559ee35c496a7fe8b35d47..a7355c2cdafdbf891222275bbf5ae1beae11bf19 100644 (file)
@@ -1121,7 +1121,8 @@ the discrete levels to get
     \, \Delta \lambda.
 \end{equation}
 Note that we will later ignore the $\Delta \lambda$ difference, as we can
-just absorb this into the $\beta$ parameter of \fixme{ref}. The perimeter is then
+just absorb it into the $\beta$ parameter of
+\eqref{eq:first_anisotropic_functional}. The perimeter is then
 calculated using a discretized version of the Cauchy--Crofton formula
 introduced in Theorem \ref{thm:riemannian_cauchy_crofton}. Again, we
 stop the sum at $L-2$ since the level set $\{ u > L - 1\}$ is empty and
@@ -1132,7 +1133,8 @@ has zero perimeter.
 \begin{figure}
     \input{fig/line_disc}
 \end{figure}
-By approximating the integral in \fixme{REF} by a discrete sum we obtain
+By approximating the integral Theorem
+\ref{thm:riemannian_cauchy_crofton} by a discrete sum we obtain
 the approximation
 \begin{equation}
     \begin{aligned}
@@ -1148,7 +1150,7 @@ the approximation
         &= \sum_\nu \sum_\rho \sum_{x \in \ell_{\nu, \rho} \cap C} \,
         \frac{\det M(x)}{2\left(\nu^T
         \cdot M(x) \cdot \nu\right)^{\sfrac{3}{2}}} \, \Delta\rho \,
-        \Delta\phi.
+        \Delta\nu.
         \label{eq:cauchy_crofton_approx1}
     \end{aligned}
 \end{equation}
@@ -1166,7 +1168,7 @@ shown in Figure \fixme{ref}.
 The choice of our discrete set of lines $\mathcal{L}_D$ is important, as
 it will decide the accuracy of our approximation in
 \eqref{eq:cauchy_crofton_approx1}. We will only consider lines going
-through points at least two in in our grid $\mathcal{G}$, and for now we will
+through at least two points in our grid $\mathcal{G}$, and for now we will
 consider a discretization which is uniform throughout the domain,
 meaning that $\Delta \rho$ is constant for each line family, and that in
 each grid point, there is a line from each family. \fixme{moar
@@ -1230,61 +1232,38 @@ eigenvalues? sure, a bit, but it won't change consistency..}
     For each family of lines given by an angle parameter $\phi$ in the
     regular grid of size $\delta$ we have the relation
     \begin{equation}
-        \delta^2 = \norm{e} \Delta \rho
+        \delta^2 = \norm{e} \Delta \rho.
     \end{equation}
     \label{lem:delta_rho}
 \end{lemma}
 \begin{proof}
-    This is easy to verify for simple angles $\phi = \{0,
-    \sfrac{\pi}{4}, \sfrac{\pi}{2}, \hdots\}$. For a general argument
-    consider the two partitions of the plane $\mathbb{R}^2$ as shown in
-    Figure \ref{fig:area_proof}. The blue squares have area $\delta^2$,
-    while the red rectangles have length $\norm{e}$ and width $\Delta
-    \rho$. The blue partition repeats with a period of $\delta$ in both
-    directions.
-
-    Each grid point is also the terminal of two edges going
-    each in the directions $\phi$ and $-\phi$. And also from each grid
-    point we draw a line of length $\Delta \rho$ to the next line. From
-    this construction, the red partition is also periodic with period
-    $\delta$ in both directions.
-
-    Now consider a square of size $n\delta \cdot n\delta$, where we
-    connect the right side to the left side, and the top to the bottom
-    so that it \fixme{topologically} is shaped like a donut. Equipped
-    with a grid structure as before, this surface will contain $n \cdot
-    n$ distinct grid points. Since our blue and red partitions are
-    $\delta$-periodic, we can use them to partition this surface,
-    without trouble.
-
-    We have one blue square for each grid point, and we also have one
-    red rectangle for each grid point, thus we have $n^2$ of each, and
-    their areas must be equal
+    Consider a line $\ell$ intersecting the point $(p, q)$ in the grid.
+    The distance $\Delta \rho$ from this line $\ell$ to the next line
+    can then be calculated as a minimum over the distance to all other
+    lines.
+
+    The given family of lines consists of edges in the grid, which we
+    write $e = (\delta s, \delta t)^T$ where $s$ and $t$ are coprime
+    such that $e$ does not intersect any other points than its two
+    endpoints.
+
+    Let $(p\prime, q\prime)$ be an arbitrary point not on the line
+    $\ell$. We can then calculate
     \begin{equation}
-        \delta^2 = \norm{e} \Delta \rho.
+        \begin{aligned}
+            \Delta \rho &= \min_{(p\prime, q\prime)} \left\{
+            \left\langle \delta [p - p\prime, q - q\prime],
+            \frac{e^\perp}{\norm{e^\perp}} \right\rangle \right\} \\
+            &= \min \left\{\delta^2 \cdot \frac{t(p-p\prime) - s(q -
+            q\prime)}{\norm{e}} \right\}.
+        \end{aligned}
+    \end{equation}
+    Since $s$ and $t$ are coprime, there exists $a, b \in \mathbb{Z}$
+    such that $at - bs = 1$, and since $(p\prime, q\prime)$ is any point
+    not on the same line as $(p, q)$ we obtain
+    \begin{equation}
+            \Delta \rho = \frac{\delta^2}{\norm{e}}.
     \end{equation}
-
-    %Our goal is to show that the areas are equal. Each $\rho$-rectangle
-    %is partitioned by the blue grid into the subsets $A_i$ such that
-    %\begin{equation}
-    %    A = \bigcup_{i=1}^{i \leq m} A_i,
-    %\end{equation}
-    %where $A$ is the set of points in a $\rho$-rectangle. All
-    %$\rho$-rectangles start in a grid point, so the will decompose in the
-    %same way. Since all $\delta$-squares look the same, we can find all
-    %$A_i$ in a given $\delta$-square such that
-    %\begin{equation}
-    %    \delta^2 \geq \abs{\bigcup_{i=1}^{i \leq m} A_i} = \Delta \rho \abs{e}.
-    %\end{equation}
-    %Further the $\rho$-rectangles partition the plane and thus each point in
-    %a $\delta$-square is also in a $\rho$-rectangle, and each
-    %$\rho$-rectangle consists of the same parts $A_i$, and thus
-    %\begin{equation}
-    %    \delta^2 \leq \abs{\bigcup_{i=1}^{i \leq m} A_i} = \Delta \rho \abs{e}.
-    %\end{equation}
-    %\fixme{we are missing some argument that we don't have more than one
-    %$A_i$ in the square}
-    %We can then conclude that $\delta^2 = \Delta \rho \abs{e}$.
 \end{proof}
 Inserting
 this \fixme{and the tensor approx} into the curve length approximation