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
¬q ↔ ¬rq ∧ ¬r¬q ∨ ¬rq ↔ ¬r

Rumus mana yang ekuivalen secara logis dengan ¬(q ↔ r)? Klik rumus itu.

¬(q ↔ r)
  1. 1¬q ↔ ¬r
  2. 2q ∧ ¬r
  3. 3¬q ∨ ¬r
  4. 4q ↔ ¬r
2.Logika proposisional & pembuktianSulit
¬a ∧ cac¬a

Premis a → b; b → c; ¬c diberikan. Kesimpulan mana yang mengikuti dari premis-premis itu? Klik kesimpulan itu.

a → bb → c¬c
  1. 1¬a ∧ c
  2. 2a
  3. 3c
  4. 4¬a
3.Himpunan, relasi & fungsiSedang
1234

R = {(2, 4), (3, 1), (3, 2), (4, 2)} adalah relasi pada {1, 2, 3, 4}. Berapa bilangan terkecil k pasangan terurut yang harus ditambahkan ke R agar simetris?

R = {(2, 4), (3, 1), (3, 2), (4, 2)}
k =
4.Himpunan, relasi & fungsiSulit

Ada berapa fungsi surjektif (pada) f: A → B jika |A| = 5 dan |B| = 2? Sebut bilangan ini N.

|A| = 5|B| = 2
N =
5.Teori grafSedang

Sebuah graf terhubung memiliki 8 simpul dan 17 sisi. Berapa sisi k yang harus dihapus agar tersisa pohon rentang?

|V| = 8|E| = 17
k =
6.Teori grafSulit
ABCDEF

Ada berapa jalan tertutup dengan panjang 2 yang dimulai dan berakhir di E? Jalan boleh mengulang simpul dan sisi. Sebut bilangan ini N.

M = matriks ketetanggaanL = 2
N =
7.Teori bilangan & aritmetika modularSedang

Carilah invers 62 modulo 67: bilangan x dengan 0 < x < 67 dan 62·x ≡ 1 (mod 67).

a = 62n = 67
62−1 mod 67 =
8.Teori bilangan & aritmetika modularSulit

Ada berapa penyelesaian N yang dimiliki 26x ≡ 18 (mod 42) dalam {0, 1, …, 41}?

26x ≡ 18 (mod 42)
N =

3Larutan

1.Logika proposisional & pembuktian

Jawaban: q ↔ ¬r

Ekuivalensi logis: dua rumus ekuivalen (≡) jika bernilai sama pada setiap baris tabel kebenaran. Tautologi bernilai 1 pada setiap baris, kontradiksi bernilai 0 pada setiap baris, dan kontingensi bukan keduanya. Hukum yang berguna: De Morgan, ¬(a ∧ b) ≡ ¬a ∨ ¬b dan ¬(a ∨ b) ≡ ¬a ∧ ¬b; a → b ≡ ¬a ∨ b ≡ ¬b → ¬a (kontrapositif); ¬(a → b) ≡ a ∧ ¬b; dan hukum distributif, a ∨ (b ∧ c) ≡ (a ∨ b) ∧ (a ∨ c).

Hukumnya

¬(a ↔ b) bernilai 1 tepat ketika a dan b berbeda, yaitu a ↔ ¬b.
¬(q ↔ r) ≡ q ↔ ¬r

Periksa dengan tabel kebenaran

q = 1, r = 1: 0 | 1 0 0 0
q = 1, r = 0: 1 | 0 1 1 1
q = 0, r = 1: 1 | 0 0 1 1
q = 0, r = 0: 0 | 1 0 1 0

Jawaban

q ↔ ¬r

Kolom setelah garis adalah pilihan dalam urutan yang ditampilkan.

2.Logika proposisional & pembuktian

Jawaban: ¬a

Kuantor dan argumen: ¬∀x P(x) ≡ ∃x ¬P(x) dan ¬∃x P(x) ≡ ∀x ¬P(x). Pindahkan negasi ke dalam, tukar setiap kuantor yang dilewatinya, dan negasikan rumus di dalamnya dengan hukum proposisional, seperti ¬(a → b) ≡ a ∧ ¬b. Sebuah argumen valid jika kesimpulannya bernilai 1 pada setiap baris yang semua premisnya bernilai 1. Satu baris dengan premis benar dan kesimpulan salah adalah contoh penyangkal dan menunjukkan bahwa argumen itu tidak valid.

Baris dengan semua premis benar

a = 0, b = 0, c = 0: ¬a ∧ c = 0, a = 0, c = 0, ¬a = 1

Kesimpulan

¬a (modus tollens dua kali)

Jawaban

¬a
3.Himpunan, relasi & fungsi

Jawaban: k = 2

Relasi: relasi R pada himpunan X adalah himpunan pasangan terurut (x, y). R refleksif jika (x, x) ∈ R untuk setiap x di X; simetris jika (x, y) ∈ R selalu disertai (y, x) ∈ R; antisimetris jika (x, y) dan (y, x) keduanya di R hanya bila x = y; dan transitif jika (x, y) dan (y, z) di R mengharuskan (x, z) ∈ R. Relasi ekuivalensi bersifat refleksif, simetris, dan transitif, serta membagi X menjadi kelas-kelas yang saling lepas.

Pasangan yang ditambahkan

{(1, 3), (2, 3)}

Hitung

k = 2

Jawaban

k = 2
4.Himpunan, relasi & fungsi

Jawaban: N = 30

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.

Hitung

N = C(2, 0)·25 − C(2, 1)·15 = 30

Jawaban

N = 30
5.Teori graf

Jawaban: k = 10

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.

Sisi pohon rentang

8 − 1 = 7

Sisi yang dihapus

k = 17 − 7 = 10

Jawaban

k = 10
6.Teori graf

Jawaban: N = 3

Derajat: derajat suatu simpul adalah banyaknya sisi yang bertemu di simpul itu. Setiap sisi memiliki dua ujung, jadi jumlah derajat sama dengan dua kali banyaknya sisi: Σ deg(v) = 2|E| (lema jabat tangan). Karena itu banyaknya simpul berderajat ganjil selalu genap. Kn memiliki n(n − 1)/2 sisi, graf beraturan-k dengan n simpul memiliki nk/2, dan pohon dengan n simpul memiliki n − 1 sisi.

Matriks ketetanggaan

A: 0 1 1 0 0 0
B: 1 0 1 1 1 0
C: 1 1 0 0 1 0
D: 0 1 0 0 0 1
E: 0 1 1 0 0 1
F: 0 0 0 1 1 0

Tetangga bersama

(M²)EE = 0·0 + 1·1 + 1·1 + 0·0 + 0·0 + 1·1 = 3

Jawaban

N = 3
7.Teori bilangan & aritmetika modular

Jawaban: 62−1 mod 67 = 40

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·62 (mod 67).

r = 67, t = 0
r = 62, q = 1, t = 1
r = 5, q = 12, t = −1
r = 2, q = 2, t = 13
r = 1, q = 2, t = −27

Invers

1 ≡ −27·62 (mod 67)
x = 40
periksa: 62·40 = 2480 = 37·67 + 1

Jawaban

62−1 mod 67 = 40
8.Teori bilangan & aritmetika modular

Jawaban: N = 2

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).

Bagi dengan FPB

gcd(26, 42) = 2
13x ≡ 9 (mod 21)

Selesaikan kongruensi yang sudah disederhanakan

13−1 ≡ 13 (mod 21) → x ≡ 12 (mod 21)

Penyelesaian modulo 42

x ∈ {12, 33}
N = 2

Jawaban

N = 2

ExamProblems · examproblems.com/courses/discrete-mathematics