Disegna un diagramma di Venn e decidi regione per regione che cosa appartiene all’espressione insiemistica.
Nei problemi di conteggio, riempi le regioni dal centro verso l’esterno: prima tutti gli insiemi, poi le coppie, poi i singoli insiemi, infine l’esterno.
Usa il principio di inclusione-esclusione come verifica: |A ∪ B| = |A| + |B| − |A ∩ B|.
Per una relazione, verifica ogni proprietà su ogni coppia e fornisci un controesempio quando non vale.
Per una funzione, conta le frecce che arrivano a ciascun elemento di B: al più una significa iniettiva, almeno una suriettiva.
Teoria dei grafi
Lemma delle strette di mano
Σ deg(v) = 2|E|
Grafi completi
|E(Kn)| = n(n − 1)/2, |E(Km,n)| = m·n
Grafo regolare
|E| = n·k/2
Albero e foresta
|E| = n − 1, |E| = n − c
Foglie di un albero
L = 2 + Σ (deg(v) − 2) over deg(v) ≥ 3
Eulero
circuito: tutti i gradi pari; cammino: esattamente 2 gradi dispari
Cicli hamiltoniani in Kn
(n − 1)!/2
Aggiornamento di Dijkstra
d(v) = min(d(v), d(u) + w(u, v))
Cammini di lunghezza L
(Mᴸ)ij
Metodo
Scrivi il grado di ogni vertice; la somma dei gradi è il doppio del numero di lati.
Nelle domande su Eulero, verifica che il grafo sia connesso e conta i vertici di grado dispari.
Per gli alberi, usa n − 1 lati e il lemma delle strette di mano.
Per Dijkstra, tieni una tabella delle distanze provvisorie e a ogni passo fissa il vertice non ancora fissato con la distanza minima.
Per un albero di copertura minimo, ordina i lati per peso e salta ogni lato che chiude un ciclo (Kruskal), oppure fai crescere un solo albero a partire da un vertice iniziale (Prim).
Teoria dei numeri e aritmetica modulare
Divisione con resto
a = q·n + r, 0 ≤ r < n
Euclide
gcd(a, b) = gcd(b, a mod b)
Minimo comune multiplo
lcm(a, b) = a·b/gcd(a, b)
Inversa
a·a⁻¹ ≡ 1 (mod n), gcd(a, n) = 1
Congruenza lineare
a·x ≡ b → x ≡ a⁻¹·b (mod n)
Funzione φ di Eulero
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
Metodo
Riduci prima ogni numero modulo n; i resti sono compresi tra 0 e n − 1.
Per un MCD, dividi ripetutamente con l’algoritmo di Euclide; l’ultimo resto diverso da zero è il MCD.
Per un inverso, esegui l’algoritmo esteso e tieni il coefficiente di a; aggiungi n se è negativo.
Risolvi a·x ≡ b moltiplicando per a⁻¹; combina due congruenze scrivendo x = r₁ + m₁k.
Per le potenze, scrivi l’esponente in binario ed eleva al quadrato ripetutamente; in RSA, d = e⁻¹ mod φ(n) con φ(n) = (p − 1)(q − 1).
2Esercizi
1.Logica proposizionale e dimostrazioniMedia
p → (p ∨ q) è una tautologia, una contraddizione o una contingenza? Clicca la tua risposta.
p → (p ∨ q)
1tautologia
2contraddizione
3contingenza
2.Logica proposizionale e dimostrazioniDifficile
Quante delle 16 righe della tabella di verità rendono vera ¬((d ∧ c) ∨ c) ↔ (¬(a ∨ d) ∧ b)? Chiama questo numero N.
¬((d ∧ c) ∨ c) ↔ (¬(a ∨ d) ∧ b)
N =
3.Insiemi, relazioni e funzioniMedia
In un gruppo di 60 studenti, 33 parlano francese (F), 31 parlano tedesco (G) e 24 parlano spagnolo (S). 10 parlano francese e tedesco, 11 francese e spagnolo, 10 tedesco e spagnolo, e 2 parlano tutte e tre le lingue. Quanti stanno in nessuno dei tre insiemi?
|U| = 60
|(F ∪ G ∪ S)′| =
4.Insiemi, relazioni e funzioniDifficile
Quante relazioni simmetriche ci sono su un insieme con 4 elementi? Chiama il numero N.
|X| = 4
N =
5.Teoria dei grafiMedia
Un grafo connesso ha 8 vertici e 12 lati. Quanti lati k vanno tolti per ottenere un albero di copertura?
|V| = 8|E| = 12
k =
6.Teoria dei grafiDifficile
L’algoritmo di Dijkstra parte da A. Clicca il vertice che viene fissato (reso permanente) al passo 5; A stesso è il passo 1.
partenza: Apasso 5
1A
2B
3C
4D
5E
6F
7.Teoria dei numeri e aritmetica modulareMedia
Trova il più piccolo intero positivo x con x ≡ 3 (mod 11) e x ≡ 10 (mod 12).
x ≡ 3 (mod 11)x ≡ 10 (mod 12)
x =
8.Teoria dei numeri e aritmetica modulareDifficile
41 è primo. Usa il piccolo teorema di Fermat per trovare 870424 mod 41.
p = 41k = 70424
870424 mod 41 =
3Soluzioni
1.Logica proposizionale e dimostrazioni
Risposta: tautologia
Equivalenza logica: due formule sono equivalenti (≡) quando hanno lo stesso valore in ogni riga della tabella di verità. Una tautologia vale 1 in ogni riga, una contraddizione vale 0 in ogni riga, e una contingenza non è né l’una né l’altra. Leggi utili: De Morgan, ¬(a ∧ b) ≡ ¬a ∨ ¬b e ¬(a ∨ b) ≡ ¬a ∧ ¬b; a → b ≡ ¬a ∨ b ≡ ¬b → ¬a (contronominale); ¬(a → b) ≡ a ∧ ¬b; e le leggi distributive, a ∨ (b ∧ c) ≡ (a ∨ b) ∧ (a ∨ c).
Tabella di verità riga per riga
p = 1, q = 1: p ∨ q = 1, p → (p ∨ q) = 1
p = 1, q = 0: p ∨ q = 1, p → (p ∨ q) = 1
p = 0, q = 1: p ∨ q = 1, p → (p ∨ q) = 1
p = 0, q = 0: p ∨ q = 0, p → (p ∨ q) = 1
Classifica
p → (p ∨ q): 1, 1, 1, 1
1 in ogni riga: una tautologia.
Risposta
tautologia
2.Logica proposizionale e dimostrazioni
Risposta: N = 8
Tabelle di verità: una formula con n variabili distinte ha 2ⁿ righe, una per ogni combinazione di valori di verità (1 = vero, 0 = falso). Procedi dall’interno verso l’esterno e dai a ogni sottoformula una colonna propria. ¬a inverte il valore; a ∧ b vale 1 solo quando entrambi valgono 1; a ∨ b vale 0 solo quando entrambi valgono 0; a → b vale 0 solo quando a = 1 e b = 0; a ↔ b vale 1 quando i due lati sono uguali.
Colonne
d ∧ c; (d ∧ c) ∨ c; ¬((d ∧ c) ∨ c); a ∨ d; ¬(a ∨ d); ¬(a ∨ d) ∧ b; ¬((d ∧ c) ∨ c) ↔ (¬(a ∨ d) ∧ b)
Dividi secondo a
a = 1: 4
a = 0: 4
N = 4 + 4 = 8
Risposta
N = 8
3.Insiemi, relazioni e funzioni
Risposta: |(F ∪ G ∪ S)′| = 1
Insiemi e diagrammi di Venn: A ∪ B contiene gli elementi in A o in B (o in entrambi), A ∩ B gli elementi in entrambi, A − B gli elementi di A che non sono in B, e il complementare A′ tutto ciò che è in U e non in A. In un diagramma di Venn ogni espressione insiemistica è un’unione di regioni, quindi contala regione per regione. Inclusione-esclusione: |A ∪ B| = |A| + |B| − |A ∩ B|, e |A ∪ B ∪ C| = |A| + |B| + |C| − |A ∩ B| − |A ∩ C| − |B ∩ C| + |A ∩ B ∩ C|.
Centro e coppie
F ∩ G ∩ S: 2
F ∩ G solo: 10 − 2 = 8
F ∩ S solo: 11 − 2 = 9
G ∩ S solo: 10 − 2 = 8
Insiemi singoli
F solo: 33 − 8 − 9 − 2 = 14
G solo: 31 − 8 − 8 − 2 = 13
S solo: 24 − 9 − 8 − 2 = 5
Risposta
|F ∪ G ∪ S| = 59
|(F ∪ G ∪ S)′| = 60 − 59 = 1
Risposta
|(F ∪ G ∪ S)′| = 1
4.Insiemi, relazioni e funzioni
Risposta: N = 1024
Relazioni: una relazione R su un insieme X è un insieme di coppie ordinate (x, y). R è riflessiva quando (x, x) ∈ R per ogni x in X; simmetrica quando (x, y) ∈ R comporta sempre (y, x) ∈ R; antisimmetrica quando (x, y) e (y, x) sono entrambe in R solo se x = y; e transitiva quando (x, y) e (y, z) in R implicano (x, z) ∈ R. Una relazione di equivalenza è riflessiva, simmetrica e transitiva, e divide X in classi disgiunte.
Conta le scelte libere
N = 24 + 6 = 1024
Risposta
N = 1024
5.Teoria dei grafi
Risposta: k = 5
Eulero, Hamilton e alberi: un grafo connesso ha un circuito euleriano (ogni lato una volta, di nuovo al punto di partenza) quando ogni vertice ha grado pari, e un cammino euleriano che non è un circuito quando esattamente due vertici hanno grado dispari; il cammino va allora da un vertice dispari all’altro. Un ciclo hamiltoniano visita ogni vertice una volta; Kn ne ha (n − 1)!/2. Un albero con n vertici ha n − 1 lati, e un grafo connesso con m lati mantiene un albero di copertura dopo aver tolto m − n + 1 lati.
Lati di un albero di copertura
8 − 1 = 7
Lati da togliere
k = 12 − 7 = 5
Risposta
k = 5
6.Teoria dei grafi
Risposta: D
Cammini minimi e alberi di copertura: l’algoritmo di Dijkstra fissa un vertice per passo: il vertice non fissato con la distanza provvisoria minima. La sua distanza è allora definitiva, e ogni vertice adiacente v riceve d(v) = min(d(v), d(u) + w(u, v)). L’algoritmo di Kruskal costruisce un albero di copertura minimo prendendo i lati dal più leggero al più pesante e saltando ogni lato che chiuderebbe un ciclo; l’algoritmo di Prim fa crescere un solo albero da un vertice iniziale aggiungendo sempre il lato più leggero che ne esce. Un albero di copertura di n vertici ha n − 1 lati.
Dijkstra passo per passo
1. A (0): B: 7, C: 9
2. B (7): D: 12, E: 22
3. C (9): E: 10
4. E (10): F: 22
5. D (12): F: 21
6. F (21)
passo 5
D
Risposta
D
7.Teoria dei numeri e aritmetica modulare
Risposta: x = 58
Inversi e congruenze: a ha un inverso modulo n esattamente quando MCD(a, n) = 1. L’algoritmo di Euclide esteso scrive 1 = s·n + t·a, e allora a⁻¹ ≡ t (mod n). Una congruenza a·x ≡ b (mod n) con MCD(a, n) = 1 ha la soluzione x ≡ a⁻¹·b. Due congruenze x ≡ r₁ (mod m₁) e x ≡ r₂ (mod m₂) con moduli coprimi hanno una soluzione modulo m₁·m₂ (teorema cinese del resto). La φ di Eulero φ(n) conta i numeri da 1 a n coprimi con n: φ(n) = n·∏(1 − 1/p).
Prima congruenza
x = 3 + 11k
Seconda congruenza
3 + 11k ≡ 10 (mod 12) → 11k ≡ 7 (mod 12)
k ≡ 11·7 ≡ 5 (mod 12)
Risultato
x = 3 + 11·5 = 58
x = 58
verifica: 58 mod 11 = 3, 58 mod 12 = 10
Risposta
x = 58
8.Teoria dei numeri e aritmetica modulare
Risposta: 870424 mod 41 = 37
Potenze modulari e RSA: calcola aᵏ mod n con il quadrato ripetuto: scrivi k in binario, eleva al quadrato, riduci a ogni passaggio e moltiplica le potenze il cui bit è 1. Fermat: aᵖ⁻¹ ≡ 1 (mod p) per un primo p che non divide a, quindi l’esponente si può ridurre modulo p − 1. RSA: scegli i primi p e q, n = p·q e φ(n) = (p − 1)(q − 1); l’esponente pubblico e è coprimo con φ(n), e l’esponente privato è d = e⁻¹ mod φ(n). Cifra con c = mᵉ mod n e decifra con m = cᵈ mod n.