Dibuja un diagrama de Venn y decide región por región qué pertenece a la expresión de conjuntos.
En los problemas de recuento, rellena las regiones desde el centro hacia fuera: primero todos los conjuntos, luego los pares, después los conjuntos sueltos y por último el exterior.
Usa la inclusión–exclusión como comprobación: |A ∪ B| = |A| + |B| − |A ∩ B|.
En una relación, comprueba cada propiedad en todos los pares y da un contraejemplo cuando falle.
En una función, cuenta las flechas que llegan a cada elemento de B: como mucho una significa inyectiva, al menos una, sobreyectiva.
Teoría de grafos
Lema del apretón de manos
Σ deg(v) = 2|E|
Grafos completos
|E(Kn)| = n(n − 1)/2, |E(Km,n)| = m·n
Grafo regular
|E| = n·k/2
Árbol y bosque
|E| = n − 1, |E| = n − c
Hojas de un árbol
L = 2 + Σ (deg(v) − 2) over deg(v) ≥ 3
Euler
circuito: todos los grados pares; camino: exactamente 2 grados impares
Circuitos de Hamilton en Kn
(n − 1)!/2
Actualización de Dijkstra
d(v) = min(d(v), d(u) + w(u, v))
Recorridos de longitud L
(Mᴸ)ij
Método
Anota el grado de cada vértice; los grados suman el doble del número de aristas.
En las preguntas de Euler, comprueba que el grafo sea conexo y cuenta los vértices de grado impar.
En los árboles, usa n − 1 aristas y el lema del apretón de manos.
En Dijkstra, lleva una tabla de distancias provisionales y fija en cada ronda el vértice no fijado de menor distancia.
Para un árbol generador mínimo, ordena las aristas por peso y descarta toda arista que cierre un ciclo (Kruskal), o haz crecer un único árbol desde un vértice inicial (Prim).
Teoría de números y aritmética modular
División con resto
a = q·n + r, 0 ≤ r < n
Euclides
gcd(a, b) = gcd(b, a mod b)
Mínimo común múltiplo
lcm(a, b) = a·b/gcd(a, b)
Inversa
a·a⁻¹ ≡ 1 (mod n), gcd(a, n) = 1
Congruencia lineal
a·x ≡ b → x ≡ a⁻¹·b (mod n)
Función φ de Euler
φ(n) = n·∏(1 − 1/p), φ(pᵏ) = pᵏ − pᵏ⁻¹
Fermat
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
Método
Reduce primero cada número módulo n; los restos están entre 0 y n − 1.
Para un mcd, divide repetidamente con el algoritmo de Euclides; el último resto distinto de cero es el mcd.
Para un inverso, aplica el algoritmo extendido y quédate con el coeficiente de a; suma n si es negativo.
Resuelve a·x ≡ b multiplicando por a⁻¹; combina dos congruencias escribiendo x = r₁ + m₁k.
Para las potencias, escribe el exponente en binario y eleva al cuadrado repetidamente; en RSA, d = e⁻¹ mod φ(n) con φ(n) = (p − 1)(q − 1).
2Problemas de práctica
1.Lógica proposicional y demostracionesMedia
¿Qué fórmula es lógicamente equivalente a ¬(r → q)? Haz clic en ella.
¬(r → q)
1r → ¬q
2¬r ∨ ¬q
3¬r → ¬q
4r ∧ ¬q
2.Lógica proposicional y demostracionesDifícil
El argumento con premisas b → c; ¬b y conclusión ¬c no es válido. Haz clic en la fila de la tabla de verdad que es un contraejemplo.
b → c¬b∴ ¬c
1b = 1, c = 1
2b = 1, c = 0
3b = 0, c = 1
4b = 0, c = 0
3.Conjuntos, relaciones y funcionesMedia
De 40 estudiantes de primer curso, 24 aprobaron Matemáticas (M), 17 aprobaron Física (P) y 20 aprobaron Química (C). 13 aprobaron M y P, 12 aprobaron M y C, 9 aprobaron P y C, y 6 aprobaron las tres. ¿Cuántos están en exactamente dos de los tres conjuntos? Llama al número n.
|U| = 40
n =
4.Conjuntos, relaciones y funcionesDifícil
¿Cuántas relaciones distintas hay en un conjunto de 3 elementos? Llama al número N.
|X| = 3
N =
5.Teoría de grafosMedia
Un grafo conexo tiene 16 vértices y 18 aristas. ¿Cuántas aristas, k, hay que quitar para obtener un árbol generador?
|V| = 16|E| = 18
k =
6.Teoría de grafosDifícil
Halla el peso total W de un árbol generador mínimo del grafo ponderado.
|V| = 6|E| = 8
W =
7.Teoría de números y aritmética modularMedia
Halla el inverso de 11 módulo 41: el número x con 0 < x < 41 y 11·x ≡ 1 (mod 41).
a = 11n = 41
11−1 mod 41 =
8.Teoría de números y aritmética modularDifícil
37 es primo. Usa el pequeño teorema de Fermat para hallar 1963449 mod 37.
p = 37k = 63449
1963449 mod 37 =
3Disoluciones
1.Lógica proposicional y demostraciones
Respuesta: r ∧ ¬q
Equivalencia lógica: dos fórmulas son equivalentes (≡) cuando tienen el mismo valor en todas las filas de la tabla de verdad. Una tautología vale 1 en todas las filas, una contradicción vale 0 en todas las filas, y una contingencia no es ninguna de las dos. Leyes útiles: De Morgan, ¬(a ∧ b) ≡ ¬a ∨ ¬b y ¬(a ∨ b) ≡ ¬a ∧ ¬b; a → b ≡ ¬a ∨ b ≡ ¬b → ¬a (contrarrecíproca); ¬(a → b) ≡ a ∧ ¬b; y las leyes distributivas, a ∨ (b ∧ c) ≡ (a ∨ b) ∧ (a ∨ c).
La ley
¬(a → b) ≡ ¬(¬a ∨ b) ≡ a ∧ ¬b: la única fila en la que falla una implicación.
¬(r → q) ≡ r ∧ ¬q
Comprueba con la tabla de verdad
q = 1, r = 1: 0 | 0 0 1 0
q = 1, r = 0: 0 | 1 1 0 0
q = 0, r = 1: 1 | 1 1 1 1
q = 0, r = 0: 0 | 1 1 1 0
Respuesta
r ∧ ¬q
Las columnas después de la barra son las opciones, en el orden mostrado.
2.Lógica proposicional y demostraciones
Respuesta: b = 0, c = 1
Cuantificadores y argumentos: ¬∀x P(x) ≡ ∃x ¬P(x) y ¬∃x P(x) ≡ ∀x ¬P(x). Desplaza la negación hacia dentro, intercambia cada cuantificador que atraviesa y niega la fórmula interior con las leyes proposicionales, como ¬(a → b) ≡ a ∧ ¬b. Un argumento es válido cuando la conclusión vale 1 en todas las filas en las que todas las premisas valen 1. Una sola fila con premisas verdaderas y conclusión falsa es un contraejemplo y demuestra que el argumento no es válido.
Premisas y conclusión fila por fila
b = 1, c = 1: 1 0 | 0
b = 1, c = 0: 0 0 | 1
b = 0, c = 1: 1 1 | 0
b = 0, c = 0: 1 1 | 1
Contraejemplo
b = 0, c = 1
Respuesta
b = 0, c = 1
Un argumento con esta forma parece una regla válida, pero una sola fila basta para demostrar que no lo es.
3.Conjuntos, relaciones y funciones
Respuesta: n = 16
Conjuntos y diagramas de Venn: A ∪ B contiene los elementos que están en A o en B (o en ambos), A ∩ B los elementos que están en ambos, A − B los elementos de A que no están en B, y el complemento A′ todo lo de U que no está en A. En un diagrama de Venn toda expresión de conjuntos es una unión de regiones, así que cuéntala región por región. Inclusión–exclusión: |A ∪ B| = |A| + |B| − |A ∩ B|, y |A ∪ B ∪ C| = |A| + |B| + |C| − |A ∩ B| − |A ∩ C| − |B ∩ C| + |A ∩ B ∩ C|.
Centro y pares
M ∩ P ∩ C: 6
M ∩ P solo: 13 − 6 = 7
M ∩ C solo: 12 − 6 = 6
P ∩ C solo: 9 − 6 = 3
Conjuntos sueltos
M solo: 24 − 7 − 6 − 6 = 5
P solo: 17 − 7 − 3 − 6 = 1
C solo: 20 − 6 − 3 − 6 = 5
Respuesta
7 + 6 + 3 = 16
Respuesta
n = 16
4.Conjuntos, relaciones y funciones
Respuesta: N = 512
Relaciones: una relación R en un conjunto X es un conjunto de pares ordenados (x, y). R es reflexiva cuando (x, x) ∈ R para todo x de X; simétrica cuando (x, y) ∈ R siempre va acompañado de (y, x) ∈ R; antisimétrica cuando (x, y) y (y, x) están ambos en R solo si x = y; y transitiva cuando (x, y) y (y, z) en R obligan a que (x, z) ∈ R. Una relación de equivalencia es reflexiva, simétrica y transitiva, y divide X en clases disjuntas.
Cuenta las opciones libres
N = 29 = 512
Respuesta
N = 512
5.Teoría de grafos
Respuesta: k = 3
Euler, Hamilton y árboles: un grafo conexo tiene un circuito euleriano (cada arista una vez, volviendo al inicio) cuando todos los vértices tienen grado par, y un camino euleriano que no es un circuito cuando exactamente dos vértices tienen grado impar; entonces el camino va de un vértice impar al otro. Un circuito hamiltoniano visita cada vértice una vez; Kn tiene (n − 1)!/2 de ellos. Un árbol de n vértices tiene n − 1 aristas, y un grafo conexo con m aristas conserva un árbol generador tras quitarle m − n + 1 aristas.
Aristas de un árbol generador
16 − 1 = 15
Aristas que quitar
k = 18 − 15 = 3
Respuesta
k = 3
6.Teoría de grafos
Respuesta: W = 51
Caminos mínimos y árboles generadores: el algoritmo de Dijkstra fija un vértice por ronda: el vértice no fijado con la menor distancia provisional. Su distancia es entonces definitiva, y cada vecino v recibe d(v) = min(d(v), d(u) + w(u, v)). El algoritmo de Kruskal construye un árbol generador mínimo tomando las aristas de la más ligera a la más pesada y descartando toda arista que cierre un ciclo; el algoritmo de Prim hace crecer un único árbol desde un vértice inicial añadiendo siempre la arista más ligera que sale de él. Un árbol generador de n vértices tiene n − 1 aristas.
Algoritmo de Kruskal
AB (5): tomar
CE (7): tomar
DF (10): tomar
DE (11): tomar
EF (13): descartar, cierra un ciclo
BE (18): tomar
Peso total
W = 5 + 7 + 10 + 11 + 18 = 51
Respuesta
W = 51
7.Teoría de números y aritmética modular
Respuesta: 11−1 mod 41 = 15
Inversos y congruencias: a tiene inverso módulo n exactamente cuando mcd(a, n) = 1. El algoritmo de Euclides extendido escribe 1 = s·n + t·a, y entonces a⁻¹ ≡ t (mod n). Una congruencia a·x ≡ b (mod n) con mcd(a, n) = 1 tiene la solución x ≡ a⁻¹·b. Dos congruencias x ≡ r₁ (mod m₁) y x ≡ r₂ (mod m₂) con módulos coprimos tienen una solución módulo m₁·m₂ (teorema chino del resto). La φ(n) de Euler cuenta los números de 1 a n que son coprimos con n: φ(n) = n·∏(1 − 1/p).
Algoritmo de Euclides extendido
Cada resto r se escribe como r ≡ t·11 (mod 41).
r = 41, t = 0
r = 11, q = 3, t = 1
r = 8, q = 1, t = −3
r = 3, q = 2, t = 4
r = 2, q = 1, t = −11
r = 1, q = 2, t = 15
Inversa
1 ≡ 15·11 (mod 41)
x = 15
comprobación: 11·15 = 165 = 4·41 + 1
Respuesta
11−1 mod 41 = 15
8.Teoría de números y aritmética modular
Respuesta: 1963449 mod 37 = 35
Potencias modulares y RSA: calcula aᵏ mod n por cuadrado repetido: escribe k en binario, eleva al cuadrado, reduce después de cada paso y multiplica las potencias cuyo bit es 1. Fermat: aᵖ⁻¹ ≡ 1 (mod p) para un primo p que no divide a a, así que el exponente se puede reducir módulo p − 1. RSA: elige los primos p y q, n = p·q y φ(n) = (p − 1)(q − 1); el exponente público e es coprimo con φ(n), y el exponente privado es d = e⁻¹ mod φ(n). Cifra con c = mᵉ mod n y descifra con m = cᵈ mod n.