Matematika Diskrit: paket kilat

Lembar rumus, langkah-langkah metode utama untuk setiap topik, dan 8 soal latihan, dengan pembahasan lengkap di bagian belakang.

Soal baruKembali ke mata kuliah

Di jendela cetak, pilih “Simpan sebagai PDF” untuk menyimpan salinan di perangkat Anda.

1Rumus dan metode

Logika proposisional & pembuktian

Baris tabel kebenaran
2ⁿ
Implikasi
p → q ≡ ¬p ∨ q ≡ ¬q → ¬p
Negasi implikasi
¬(p → q) ≡ p ∧ ¬q
Bikondisional
p ↔ q ≡ (p → q) ∧ (q → p)
De Morgan
¬(p ∧ q) ≡ ¬p ∨ ¬q, ¬(p ∨ q) ≡ ¬p ∧ ¬q
Hukum distributif
p ∨ (q ∧ r) ≡ (p ∨ q) ∧ (p ∨ r), p ∧ (q ∨ r) ≡ (p ∧ q) ∨ (p ∧ r)
Negasi kuantor
¬∀x P(x) ≡ ∃x ¬P(x), ¬∃x P(x) ≡ ∀x ¬P(x)
Modus ponens, modus tollens
p → q, p ⊢ q; p → q, ¬q ⊢ ¬p

Metode

  1. Hitung banyaknya variabel yang berbeda: tabel kebenaran memiliki 2ⁿ baris, dimulai dengan semuanya bernilai 1.
  2. Beri setiap subformula kolomnya sendiri dan isi kolom-kolom itu dari dalam ke luar.
  3. Terapkan aturan setiap penghubung: → bernilai 0 hanya untuk 1 → 0, ↔ bernilai 1 jika kedua sisi sama.
  4. Untuk ekuivalensi, bandingkan kolom akhir baris demi baris; untuk suatu argumen, lihat hanya baris yang semua premisnya bernilai 1.
  5. Untuk menegasikan pernyataan berkuantor, pindahkan ¬ ke dalam, tukar ∀ dan ∃, lalu negasikan rumus di dalamnya.

Himpunan, relasi & fungsi

Dua himpunan
|A ∪ B| = |A| + |B| − |A ∩ B|
Tiga himpunan
|A ∪ B ∪ C| = |A| + |B| + |C| − |A ∩ B| − |A ∩ C| − |B ∩ C| + |A ∩ B ∩ C|
Selisih dan komplemen
A − B = A ∩ B′, |A′| = |U| − |A|
Himpunan kuasa dan hasil kali Kartesius
|𝒫(A)| = 2|A|, |A × B| = |A|·|B|
Himpunan bagian berukuran k
C(n, k) = n!/(k!(n − k)!)
Fungsi A → B
nᵐ; injective n!/(n − m)!; surjective Σ (−1)ᵏ C(n, k)(n − k)ᵐ
Relasi pada n elemen
2n²; reflexive 2n² − n; symmetric 2n(n+1)/2
Komposisi
(g ∘ f)(x) = g(f(x))

Metode

  1. Gambar diagram Venn dan tentukan daerah demi daerah mana yang termasuk dalam ekspresi himpunan.
  2. Untuk soal pencacahan, isi daerah dari tengah ke luar: semua himpunan, lalu pasangan, lalu himpunan tunggal, lalu bagian luar.
  3. Gunakan inklusi–eksklusi sebagai pemeriksaan: |A ∪ B| = |A| + |B| − |A ∩ B|.
  4. Untuk suatu relasi, uji setiap sifat pada setiap pasangan dan berikan satu contoh penyangkal jika sifat itu gagal.
  5. Untuk suatu fungsi, hitung panah yang tiba di setiap elemen B: paling banyak satu berarti injektif, paling sedikit satu berarti surjektif.

Teori graf

Lema jabat tangan
Σ deg(v) = 2|E|
Graf lengkap
|E(Kn)| = n(n − 1)/2, |E(Km,n)| = m·n
Graf beraturan
|E| = n·k/2
Pohon dan hutan
|E| = n − 1, |E| = n − c
Daun pohon
L = 2 + Σ (deg(v) − 2) over deg(v) ≥ 3
Euler
sirkuit: semua derajat genap; lintasan: tepat 2 derajat ganjil
Sirkuit Hamilton di Kn
(n − 1)!/2
Pembaruan Dijkstra
d(v) = min(d(v), d(u) + w(u, v))
Jalan dengan panjang L
(Mᴸ)ij

Metode

  1. Tuliskan derajat setiap simpul; jumlah derajat sama dengan dua kali banyaknya sisi.
  2. Untuk soal Euler, periksa bahwa graf terhubung dan hitung simpul berderajat ganjil.
  3. Untuk pohon, gunakan n − 1 sisi dan lema jabat tangan.
  4. Untuk Dijkstra, buat tabel jarak sementara dan tetapkan simpul belum tetap dengan jarak terkecil di setiap putaran.
  5. Untuk pohon rentang minimum, urutkan sisi menurut bobot dan lewati setiap sisi yang membentuk siklus (Kruskal), atau tumbuhkan satu pohon dari simpul awal (Prim).

Teori bilangan & aritmetika modular

Pembagian dengan sisa
a = q·n + r, 0 ≤ r < n
Euclid
gcd(a, b) = gcd(b, a mod b)
Kelipatan persekutuan terkecil
lcm(a, b) = a·b/gcd(a, b)
Invers
a·a⁻¹ ≡ 1 (mod n), gcd(a, n) = 1
Kongruensi linear
a·x ≡ b → x ≡ a⁻¹·b (mod n)
Fungsi totien 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

Metode

  1. Reduksi dulu setiap bilangan modulo n; sisa berada di antara 0 dan n − 1.
  2. Untuk FPB, bagi berulang kali dengan algoritma Euclid; sisa taknol terakhir adalah FPB.
  3. Untuk invers, jalankan algoritma yang diperluas dan ambil koefisien a; tambahkan n jika negatif.
  4. Selesaikan a·x ≡ b dengan mengalikan a⁻¹; gabungkan dua kongruensi dengan menuliskan x = r₁ + m₁k.
  5. Untuk pangkat, tuliskan eksponen dalam biner dan kuadratkan berulang; dalam RSA, d = e⁻¹ mod φ(n) dengan φ(n) = (p − 1)(q − 1).

2Soal latihan

1.Logika proposisional & pembuktianSedang
pqr¬q ∨ pr → q(¬q ∨ p) → (r → q)111?110?101?100?011?010?001?000?

Pada berapa dari 8 baris tabel kebenarannya (¬q ∨ p) → (r → q) bernilai benar? Sebut bilangan ini N.

(¬q ∨ p) → (r → q)
N =
2.Logika proposisional & pembuktianSulit

Berapa dari 16 baris tabel kebenaran yang membuat ((s ↔ r) → ¬q) ∧ ((p ∨ q) ∨ ¬(¬s → r)) benar? Sebut bilangan ini N.

((s ↔ r) → ¬q) ∧ ((p ∨ q) ∨ ¬(¬s → r))
N =
3.Himpunan, relasi & fungsiSedang
UABC911288481

Setiap angka dalam diagram Venn adalah banyaknya elemen di daerah itu. Carilah |(B − C) ∪ (C − B′)|.

|U| = 51
|(B − C) ∪ (C − B′)| =
4.Himpunan, relasi & fungsiSulit
AB1234abcdeinjektif, tidak surjektifsurjektif, tidak injektifbijektifbukan keduanya

Diagram panah menunjukkan fungsi f: A → B dengan A = {1, 2, 3, 4} dan B = {a, b, c, d, e}. Klik deskripsi yang sesuai dengan f.

f = {(1, d), (2, a), (3, e), (4, b)}
  1. 1injektif, tidak surjektif
  2. 2surjektif, tidak injektif
  3. 3bijektif
  4. 4bukan keduanya
5.Teori grafSedang
ABCDEFGSirkuit EulerLintasan Euler, bukan sirkuitbukan keduanya

Apakah graf terhubung ini memiliki sirkuit Euler, lintasan Euler yang bukan sirkuit, atau bukan keduanya? Klik jawaban Anda.

|V| = 7|E| = 7
  1. 1Sirkuit Euler
  2. 2Lintasan Euler, bukan sirkuit
  3. 3bukan keduanya
6.Teori grafSulit
810811371314ABCDEF

Pakai algoritma Dijkstra untuk mencari panjang d(D) lintasan terpendek dari A ke D pada graf berbobot.

awal: Aakhir: D
d(D) =
7.Teori bilangan & aritmetika modularSedang

Carilah invers 55 modulo 71: bilangan x dengan 0 < x < 71 dan 55·x ≡ 1 (mod 71).

a = 55n = 71
55−1 mod 71 =
8.Teori bilangan & aritmetika modularSulit

67 adalah bilangan prima. Pakai teorema kecil Fermat untuk mencari 237747 mod 67.

p = 67k = 37747
237747 mod 67 =

3Larutan

1.Logika proposisional & pembuktian

Jawaban: N = 6

Tabel kebenaran: rumus dengan n variabel berbeda memiliki 2ⁿ baris, satu untuk setiap kombinasi nilai kebenaran (1 = benar, 0 = salah). Bekerjalah dari dalam ke luar dan beri setiap subformula kolomnya sendiri. ¬a membalik nilainya; a ∧ b bernilai 1 hanya jika keduanya 1; a ∨ b bernilai 0 hanya jika keduanya 0; a → b bernilai 0 hanya jika a = 1 dan b = 0; a ↔ b bernilai 1 jika kedua sisi sama.

Tabel kebenaran baris demi baris

p = 1, q = 1, r = 1: ¬q = 0, ¬q ∨ p = 1, r → q = 1, (¬q ∨ p) → (r → q) = 1
p = 1, q = 1, r = 0: ¬q = 0, ¬q ∨ p = 1, r → q = 1, (¬q ∨ p) → (r → q) = 1
p = 1, q = 0, r = 1: ¬q = 1, ¬q ∨ p = 1, r → q = 0, (¬q ∨ p) → (r → q) = 0
p = 1, q = 0, r = 0: ¬q = 1, ¬q ∨ p = 1, r → q = 1, (¬q ∨ p) → (r → q) = 1
p = 0, q = 1, r = 1: ¬q = 0, ¬q ∨ p = 0, r → q = 1, (¬q ∨ p) → (r → q) = 1
p = 0, q = 1, r = 0: ¬q = 0, ¬q ∨ p = 0, r → q = 1, (¬q ∨ p) → (r → q) = 1
p = 0, q = 0, r = 1: ¬q = 1, ¬q ∨ p = 1, r → q = 0, (¬q ∨ p) → (r → q) = 0
p = 0, q = 0, r = 0: ¬q = 1, ¬q ∨ p = 1, r → q = 1, (¬q ∨ p) → (r → q) = 1

Hitung baris bernilai 1

(¬q ∨ p) → (r → q): 1, 1, 0, 1, 1, 1, 0, 1
N = 6

Jawaban

N = 6
2.Logika proposisional & pembuktian

Jawaban: N = 9

Tabel kebenaran: rumus dengan n variabel berbeda memiliki 2ⁿ baris, satu untuk setiap kombinasi nilai kebenaran (1 = benar, 0 = salah). Bekerjalah dari dalam ke luar dan beri setiap subformula kolomnya sendiri. ¬a membalik nilainya; a ∧ b bernilai 1 hanya jika keduanya 1; a ∨ b bernilai 0 hanya jika keduanya 0; a → b bernilai 0 hanya jika a = 1 dan b = 0; a ↔ b bernilai 1 jika kedua sisi sama.

Kolom

s ↔ r; ¬q; (s ↔ r) → ¬q; p ∨ q; ¬s; ¬s → r; ¬(¬s → r); (p ∨ q) ∨ ¬(¬s → r); ((s ↔ r) → ¬q) ∧ ((p ∨ q) ∨ ¬(¬s → r))

Bagi menurut p

p = 1: 6
p = 0: 3
N = 6 + 3 = 9

Jawaban

N = 9
3.Himpunan, relasi & fungsi

Jawaban: |(B − C) ∪ (C − B′)| = 29

Himpunan dan diagram Venn: A ∪ B memuat elemen di A atau B (atau keduanya), A ∩ B elemen di keduanya, A − B elemen A yang tidak ada di B, dan komplemen A′ semua yang ada di U tetapi tidak di A. Dalam diagram Venn setiap ekspresi himpunan adalah gabungan daerah-daerah, jadi hitunglah daerah demi daerah. Inklusi–eksklusi: |A ∪ B| = |A| + |B| − |A ∩ B|, dan |A ∪ B ∪ C| = |A| + |B| + |C| − |A ∩ B| − |A ∩ C| − |B ∩ C| + |A ∩ B ∩ C|.

Daerah-daerah ekspresi

A′ ∩ B ∩ C′: 12
A ∩ B ∩ C′: 8
A′ ∩ B ∩ C: 8
A ∩ B ∩ C: 1

Jumlahkan

|(B − C) ∪ (C − B′)| = 12 + 8 + 8 + 1 = 29

Jawaban

|(B − C) ∪ (C − B′)| = 29
4.Himpunan, relasi & fungsi

Jawaban: injektif, tidak surjektif

Fungsi dan pencacahan: fungsi f: A → B memberi setiap elemen A tepat satu bayangan di B. f injektif (satu-satu) jika elemen berbeda punya bayangan berbeda, surjektif (pada) jika setiap elemen B adalah bayangan, dan bijektif jika keduanya berlaku. Dengan |A| = m dan |B| = n ada nᵐ fungsi, n!/(n − m)! fungsi injektif (m ≤ n), dan menurut inklusi–eksklusi Σ (−1)ᵏ·C(n, k)·(n − k)ᵐ fungsi surjektif. |𝒫(A)| = 2ᵐ dan |A × B| = m·n.

Injektif?

setiap elemen B terkena paling banyak satu kali → injektif

Surjektif?

c tidak menerima panah → tidak surjektif

Jawaban

injektif, tidak surjektif

Jawaban

injektif, tidak surjektif
5.Teori graf

Jawaban: bukan keduanya

Euler, Hamilton, dan pohon: graf terhubung memiliki sirkuit Euler (setiap sisi sekali, kembali ke awal) jika setiap simpul berderajat genap, dan lintasan Euler yang bukan sirkuit jika tepat dua simpul berderajat ganjil; lintasan itu berjalan dari satu simpul ganjil ke simpul ganjil lainnya. Sirkuit Hamilton mengunjungi setiap simpul sekali; Kn memiliki (n − 1)!/2 sirkuit seperti itu. Pohon dengan n simpul memiliki n − 1 sisi, dan graf terhubung dengan m sisi masih memiliki pohon rentang setelah m − n + 1 sisi dihapus.

Derajat

deg(A) = 2, deg(B) = 2, deg(C) = 2, deg(D) = 3, deg(E) = 1, deg(F) = 1, deg(G) = 3

Simpul ganjil

D, E, F, G → 4
bukan keduanya

Jawaban

bukan keduanya
6.Teori graf

Jawaban: d(D) = 9

Lintasan terpendek dan pohon rentang: algoritma Dijkstra menetapkan satu simpul per putaran: simpul belum tetap dengan jarak sementara terkecil. Jaraknya lalu final, dan setiap tetangga v mendapat d(v) = min(d(v), d(u) + w(u, v)). Algoritma Kruskal membangun pohon rentang minimum dengan mengambil sisi dari yang ringan ke berat dan melewati sisi yang akan membentuk siklus; algoritma Prim menumbuhkan satu pohon dari simpul awal dengan selalu menambahkan sisi teringan yang keluar dari pohon. Pohon rentang dengan n simpul memiliki n − 1 sisi.

Dijkstra putaran demi putaran

Setiap baris: simpul yang ditetapkan, jarak finalnya, dan tetangga yang jaraknya membaik.

A (0): B: 8, C: 10
B (8): D: 9, E: 22
D (9): F: 16
C (10)
F (16)
E (22)

Lintasan terpendek

A → B → D
d(D) = 9

Jawaban

d(D) = 9
7.Teori bilangan & aritmetika modular

Jawaban: 55−1 mod 71 = 31

Invers dan kongruensi: a memiliki invers modulo n tepat ketika FPB(a, n) = 1. Algoritma Euclid yang diperluas menuliskan 1 = s·n + t·a, dan kemudian a⁻¹ ≡ t (mod n). Kongruensi a·x ≡ b (mod n) dengan FPB(a, n) = 1 memiliki penyelesaian x ≡ a⁻¹·b. Dua kongruensi x ≡ r₁ (mod m₁) dan x ≡ r₂ (mod m₂) dengan modulus saling prima memiliki satu penyelesaian modulo m₁·m₂ (teorema sisa Cina). φ(n) Euler menghitung bilangan dari 1 sampai n yang saling prima dengan n: φ(n) = n·∏(1 − 1/p).

Algoritma Euclid yang diperluas

Setiap sisa r ditulis sebagai r ≡ t·55 (mod 71).

r = 71, t = 0
r = 55, q = 1, t = 1
r = 16, q = 3, t = −1
r = 7, q = 2, t = 4
r = 2, q = 3, t = −9
r = 1, q = 2, t = 31

Invers

1 ≡ 31·55 (mod 71)
x = 31
periksa: 55·31 = 1705 = 24·71 + 1

Jawaban

55−1 mod 71 = 31
8.Teori bilangan & aritmetika modular

Jawaban: 237747 mod 67 = 44

Pangkat modular dan RSA: hitung aᵏ mod n dengan pengkuadratan berulang: tulis k dalam biner, kuadratkan, reduksi setelah setiap langkah, dan kalikan pangkat yang bitnya 1. Fermat: aᵖ⁻¹ ≡ 1 (mod p) untuk bilangan prima p yang tidak membagi a, sehingga eksponen dapat direduksi modulo p − 1. RSA: pilih bilangan prima p dan q, n = p·q dan φ(n) = (p − 1)(q − 1); eksponen publik e saling prima dengan φ(n), dan eksponen privat adalah d = e⁻¹ mod φ(n). Enkripsi dengan c = mᵉ mod n dan dekripsi dengan m = cᵈ mod n.

Reduksi eksponen

37747 mod 66 = 61
237747 ≡ 261 (mod 67)

Pangkat kecil

261 mod 67 = 44

Jawaban

237747 mod 67 = 44

ExamProblems · examproblems.com/courses/discrete-mathematics