ارسم مخطط فن وقرّر منطقةً منطقةً ما ينتمي إلى تعبير المجموعات.
في مسائل العدّ املأ المناطق من المركز نحو الخارج: كل المجموعات أولًا، ثم الأزواج، ثم المجموعات المفردة، ثم الخارج.
استخدم مبدأ الاشتمال والاستبعاد للتحقق: |A ∪ B| = |A| + |B| − |A ∩ B|.
لعلاقة ما، اختبر كل خاصية على كل زوج وأعطِ مثالًا مضادًا واحدًا عندما تفشل.
لدالة ما، عُدّ الأسهم الواصلة إلى كل عنصر من B: سهم واحد على الأكثر يعني متباينة، وسهم واحد على الأقل يعني شاملة.
نظرية البيانات
مبرهنة المصافحة
Σ deg(v) = 2|E|
البيانات التامة
|E(Kn)| = n(n − 1)/2, |E(Km,n)| = m·n
البيان المنتظم
|E| = n·k/2
الشجرة والغابة
|E| = n − 1, |E| = n − c
أوراق الشجرة
L = 2 + Σ (deg(v) − 2) over deg(v) ≥ 3
أويلر
الدارة: كل الدرجات زوجية؛ المسار: درجتان فرديتان بالضبط
دارات هاملتون في Kn
(n − 1)!/2
تحديث ديكسترا
d(v) = min(d(v), d(u) + w(u, v))
المسارات (walks) بطول L
(Mᴸ)ij
الطريقة
اكتب درجة كل رأس؛ مجموع الدرجات يساوي ضعف عدد الحواف.
في أسئلة أويلر، تحقّق من أن البيان متصل وعُدّ الرؤوس ذات الدرجة الفردية.
للأشجار استخدم n − 1 حافة ومبرهنة المصافحة.
في ديكسترا احتفظ بجدول للمسافات المؤقتة وثبّت في كل جولة أصغر رأس غير مثبّت.
لإيجاد شجرة ممتدة دنيا، رتّب الحواف بحسب الوزن وتخطَّ كل حافة تُغلق دورة (كروسكال)، أو أنمِ شجرة واحدة انطلاقًا من رأس البداية (برايم).
نظرية الأعداد والحساب المودولي
القسمة مع الباقي
a = q·n + r, 0 ≤ r < n
إقليدس
gcd(a, b) = gcd(b, a mod b)
المضاعف المشترك الأصغر
lcm(a, b) = a·b/gcd(a, b)
المعكوس
a·a⁻¹ ≡ 1 (mod n), gcd(a, n) = 1
التطابق الخطي
a·x ≡ b → x ≡ a⁻¹·b (mod n)
دالة أويلر φ
φ(n) = n·∏(1 − 1/p), φ(pᵏ) = pᵏ − pᵏ⁻¹
فيرما
aᵖ⁻¹ ≡ 1 (mod p)
RSA
n = pq, φ = (p − 1)(q − 1), d = e⁻¹ mod φ, c = mᵉ mod n, m = cᵈ mod n
الطريقة
اختزل كل عدد بالنسبة إلى n أولًا؛ البواقي تقع بين 0 و n − 1.
للقاسم المشترك الأكبر، اقسم مرارًا بخوارزمية إقليدس؛ آخر باقٍ غير صفري هو القاسم المشترك الأكبر.
للمعكوس، نفّذ الخوارزمية الموسّعة واحتفظ بمعامل a؛ أضف n إذا كان سالبًا.
حلّ a·x ≡ b بالضرب في a⁻¹؛ ولدمج تطابقين اكتب x = r₁ + m₁k.
للقوى اكتب الأس بالنظام الثنائي وربّع مرارًا؛ وفي RSA، d = e⁻¹ mod φ(n) مع φ(n) = (p − 1)(q − 1).
2مسائل تدريبية
1.المنطق القضوي والبراهينمتوسطة
هل ((a → c) ∧ c) → a حشو أم تناقض أم ممكنة؟ انقر على إجابتك.
((a → c) ∧ c) → a
1حشو
2تناقض
3ممكنة
2.المنطق القضوي والبراهينصعبة
كم صفًا من الصفوف الـ 16 لجدول الصدق تجعل ((¬q → ¬s) ∧ s) ∧ (¬(¬q ↔ r) ↔ p) صائبة؟ سمِّ هذا العدد N.
((¬q → ¬s) ∧ s) ∧ (¬(¬q ↔ r) ↔ p)
N =
3.المجموعات والعلاقات والدوالمتوسطة
من بين 56 طالبًا في السنة الأولى، نجح 24 في الرياضيات (M)، ونجح 23 في الفيزياء (P)، ونجح 19 في الكيمياء (C). نجح 10 في M وP، ونجح 5 في M وC، ونجح 5 في P وC، ونجح 3 في الثلاث جميعًا. كم عددهم ممن لا ينتمون إلى أي من المجموعات الثلاث؟
|U| = 56
|(M ∪ P ∪ C)′| =
4.المجموعات والعلاقات والدوالصعبة
يُظهر مخطط الأسهم دالة f: A → B مع A = {1, 2, 3} وB = {a, b}. انقر على الوصف الذي يناسب f.
f = {(1, b), (2, a), (3, b)}
1متباينة وغير شاملة
2شاملة وغير متباينة
3تقابلية
4لا هذه ولا تلك
5.نظرية البياناتمتوسطة
هل للبيان المتصل دارة أويلر، أم مسار أويلر ليس دارة، أم لا هذه ولا تلك؟ انقر على إجابتك.
|V| = 6|E| = 7
1دارة أويلر
2مسار أويلر دون دارة
3لا هذه ولا تلك
6.نظرية البياناتصعبة
جد الوزن الكلي W لشجرة ممتدة دنيا في البيان الموزون.
|V| = 7|E| = 11
W =
7.نظرية الأعداد والحساب المودوليمتوسطة
جد أصغر عدد صحيح موجب x مع x ≡ 5 (mod 8) و x ≡ 12 (mod 13).
x ≡ 5 (mod 8)x ≡ 12 (mod 13)
x =
8.نظرية الأعداد والحساب المودوليصعبة
استخدم التربيع المتكرر لإيجاد 2558 mod 44.
a = 25k = 58n = 44
2558 mod 44 =
3المحاليل
1.المنطق القضوي والبراهين
الإجابة: ممكنة
التكافؤ المنطقي: تتكافأ صيغتان (≡) عندما يكون لهما القيمة نفسها في كل صف من جدول الصدق. الحشو يساوي 1 في كل صف، والتناقض يساوي 0 في كل صف، والممكن ليس هذا ولا ذاك. قوانين مفيدة: دي مورغان، ¬(a ∧ b) ≡ ¬a ∨ ¬b و ¬(a ∨ b) ≡ ¬a ∧ ¬b؛ و a → b ≡ ¬a ∨ b ≡ ¬b → ¬a (العكس النقيض)؛ و ¬(a → b) ≡ a ∧ ¬b؛ وقوانين التوزيع، a ∨ (b ∧ c) ≡ (a ∨ b) ∧ (a ∨ c).
جدول الصدق صفًا صفًا
a = 1, c = 1: a → c = 1, (a → c) ∧ c = 1, ((a → c) ∧ c) → a = 1
a = 1, c = 0: a → c = 0, (a → c) ∧ c = 0, ((a → c) ∧ c) → a = 1
a = 0, c = 1: a → c = 1, (a → c) ∧ c = 1, ((a → c) ∧ c) → a = 0
a = 0, c = 0: a → c = 1, (a → c) ∧ c = 0, ((a → c) ∧ c) → a = 1
صنّف
((a → c) ∧ c) → a: 1, 1, 0, 1
1 في 3 من الصفوف الـ 4، و0 في الباقي: ممكنة.
الإجابة
ممكنة
2.المنطق القضوي والبراهين
الإجابة: N = 2
جداول الصدق: للصيغة ذات n متغيرًا مختلفًا 2ⁿ صفًا، صف لكل تركيبة من قيم الصدق (1 = صواب، 0 = خطأ). اعمل من الداخل إلى الخارج وأعطِ كل صيغة جزئية عمودها الخاص. ¬a تقلب القيمة؛ و a ∧ b تساوي 1 فقط عندما تكون القيمتان 1؛ و a ∨ b تساوي 0 فقط عندما تكون القيمتان 0؛ و a → b تساوي 0 فقط عندما a = 1 و b = 0؛ و a ↔ b تساوي 1 عندما يتساوى الطرفان.
المجموعات ومخططات فن: A ∪ B تضم العناصر الموجودة في A أو B (أو كليهما)، وA ∩ B العناصر الموجودة في كليهما، وA − B عناصر A التي ليست في B، والمتممة A′ كل ما في U وليس في A. في مخطط فن كل تعبير مجموعات هو اتحاد مناطق، فعُدّه منطقةً منطقةً. الاشتمال والاستبعاد: |A ∪ B| = |A| + |B| − |A ∩ B|، و|A ∪ B ∪ C| = |A| + |B| + |C| − |A ∩ B| − |A ∩ C| − |B ∩ C| + |A ∩ B ∩ C|.
المركز والأزواج
M ∩ P ∩ C: 3
M ∩ P فقط: 10 − 3 = 7
M ∩ C فقط: 5 − 3 = 2
P ∩ C فقط: 5 − 3 = 2
المجموعات المنفردة
M فقط: 24 − 7 − 2 − 3 = 12
P فقط: 23 − 7 − 2 − 3 = 11
C فقط: 19 − 2 − 2 − 3 = 12
الإجابة
|M ∪ P ∪ C| = 49
|(M ∪ P ∪ C)′| = 56 − 49 = 7
الإجابة
|(M ∪ P ∪ C)′| = 7
4.المجموعات والعلاقات والدوال
الإجابة: شاملة وغير متباينة
الدوال والعدّ: الدالة f: A → B تعطي كل عنصر من A صورة واحدة بالضبط في B. تكون f متباينة (واحد لواحد) عندما تكون للعناصر المختلفة صور مختلفة، وشاملة (onto) عندما يكون كل عنصر من B صورة، وتقابلية عندما يتحقق الأمران. مع |A| = m و|B| = n توجد nᵐ دالة، منها n!/(n − m)! متباينة (m ≤ n)، وبالاشتمال والاستبعاد Σ (−1)ᵏ·C(n, k)·(n − k)ᵐ شاملة. |𝒫(A)| = 2ᵐ و|A × B| = m·n.
متباينة؟
f(1) = f(3) = b → غير متباينة
شاملة؟
كل عنصر من B يتلقى سهمًا، إذن الدالة شاملة
الإجابة
شاملة وغير متباينة
الإجابة
شاملة وغير متباينة
5.نظرية البيانات
الإجابة: لا هذه ولا تلك
أويلر وهاملتون والأشجار: لبيان متصل دارة أويلر (كل حافة مرة واحدة، والعودة إلى البداية) عندما تكون لكل رأس درجة زوجية، ومسار أويلر ليس دارة عندما تكون لرأسين بالضبط درجة فردية؛ ويسير المسار عندئذ من أحد الرأسين الفرديين إلى الآخر. تزور دارة هاملتون كل رأس مرة واحدة؛ وفي Kn منها (n − 1)!/2. للشجرة على n رأسًا n − 1 حافة، ويحتفظ بيان متصل ذو m حافة بشجرة ممتدة بعد حذف m − n + 1 حافة.
أقصر المسارات والأشجار الممتدة: تثبّت خوارزمية ديكسترا رأسًا واحدًا في كل جولة: الرأس غير المثبّت ذا أصغر مسافة مؤقتة. تصبح مسافته نهائية، ويأخذ كل جار v القيمة d(v) = min(d(v), d(u) + w(u, v)). تبني خوارزمية كروسكال شجرة ممتدة دنيا بأخذ الحواف من الأخف إلى الأثقل وتخطّي كل حافة تُغلق دورة؛ وتنمّي خوارزمية برايم شجرة واحدة من رأس البداية بإضافة أخف حافة تغادرها دائمًا. وللشجرة الممتدة على n رأسًا n − 1 حافة.
خوارزمية كروسكال
GE (3): خذ
DF (6): خذ
AC (8): خذ
GC (9): خذ
DE (11): خذ
CE (12): تخطَّ، تُغلق دورة
AB (13): خذ
الوزن الكلي
W = 3 + 6 + 8 + 9 + 11 + 13 = 50
الإجابة
W = 50
7.نظرية الأعداد والحساب المودولي
الإجابة: x = 77
المعكوسات والتطابقات: للعدد a معكوس بالنسبة إلى n بالضبط عندما gcd(a, n) = 1. تكتب خوارزمية إقليدس الموسّعة 1 = s·n + t·a، ثم a⁻¹ ≡ t (mod n). التطابق a·x ≡ b (mod n) مع gcd(a, n) = 1 حلّه x ≡ a⁻¹·b. لتطابقين x ≡ r₁ (mod m₁) و x ≡ r₂ (mod m₂) بمقياسين أوليين فيما بينهما حل واحد بالنسبة إلى m₁·m₂ (مبرهنة الباقي الصينية). تعدّ φ(n) لأويلر الأعداد من 1 إلى n التي أولية مع n: φ(n) = n·∏(1 − 1/p).
التطابق الأول
x = 5 + 8k
التطابق الثاني
5 + 8k ≡ 12 (mod 13) → 8k ≡ 7 (mod 13)
k ≡ 5·7 ≡ 9 (mod 13)
النتيجة
x = 5 + 8·9 = 77
x = 77
تحقّق: 77 mod 8 = 5, 77 mod 13 = 12
الإجابة
x = 77
8.نظرية الأعداد والحساب المودولي
الإجابة: 2558 mod 44 = 5
القوى المودولية وRSA: احسب aᵏ mod n بالتربيع المتكرر: اكتب k بالنظام الثنائي، وربّع، واختزل بعد كل خطوة، واضرب القوى التي بتّها 1. فيرما: aᵖ⁻¹ ≡ 1 (mod p) لعدد أولي p لا يقسم a، فيمكن اختزال الأس بالنسبة إلى p − 1. RSA: اختر عددين أوليين p و q، و n = p·q و φ(n) = (p − 1)(q − 1)؛ الأس العام e أولي مع φ(n)، والأس الخاص d = e⁻¹ mod φ(n). شفّر بـ c = mᵉ mod n وفكّ التشفير بـ m = cᵈ mod n.