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
Vuoi dimostrare (r ∧ p) → ¬q per assurdo. Quale enunciato assumi all’inizio? Clicca su di esso.
(r ∧ p) → ¬q
1¬(r ∧ p) → ¬¬q
2¬(r ∧ p) ∧ ¬q
3¬(r ∧ p) ∧ ¬¬q
4(r ∧ p) ∧ ¬¬q
2.Logica proposizionale e dimostrazioniDifficile
L’argomento con premesse p → q; ¬p e conclusione ¬q non è valido. Clicca la riga della tabella di verità che è un controesempio.
p → q¬p∴ ¬q
1p = 1, q = 1
2p = 1, q = 0
3p = 0, q = 1
4p = 0, q = 0
3.Insiemi, relazioni e funzioniMedia
In un gruppo di 43 studenti, 22 parlano francese (F), 27 parlano tedesco (G) e 23 parlano spagnolo (S). 18 parlano francese e tedesco, 6 francese e spagnolo, 11 tedesco e spagnolo, e 5 parlano tutte e tre le lingue. Quanti stanno in esattamente uno dei tre insiemi? Chiama il numero n.
|U| = 43
n =
4.Insiemi, relazioni e funzioniDifficile
Il diagramma a frecce mostra una funzione f: A → B con A = {1, 2, 3} e B = {a, b, c, d, e}. Clicca la descrizione che si adatta a f.
f = {(1, d), (2, b), (3, e)}
1iniettiva, non suriettiva
2suriettiva, non iniettiva
3biiettiva
4nessuna delle due
5.Teoria dei grafiMedia
Un albero ha 3 vertici di grado 4, 3 vertici di grado 5, 2 vertici di grado 2, e tutti gli altri suoi vertici sono foglie (grado 1). Quante foglie L ha?
3 × deg 43 × deg 52 × deg 2
L =
6.Teoria dei grafiDifficile
L’algoritmo di Dijkstra parte da A. Clicca il vertice che viene fissato (reso permanente) al passo 3; A stesso è il passo 1.
partenza: Apasso 3
1A
2B
3C
4D
5E
6F
7.Teoria dei numeri e aritmetica modulareMedia
Trova l’inverso di 37 modulo 73: il numero x con 0 < x < 73 e 37·x ≡ 1 (mod 73).
a = 37n = 73
37−1 mod 73 =
8.Teoria dei numeri e aritmetica modulareDifficile
Cifra il messaggio m = 378 con la chiave pubblica RSA (n, e) = (1763, 17). Trova il testo cifrato c.
n = 1763e = 17m = 378
c =
3Soluzioni
1.Logica proposizionale e dimostrazioni
Risposta: (r ∧ p) ∧ ¬¬q
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).
Parti dell’implicazione
a = r ∧ p, b = ¬q
Negazione dell’implicazione
¬(a → b) ≡ a ∧ ¬b = (r ∧ p) ∧ ¬¬q
Risposta
(r ∧ p) ∧ ¬¬q
Se l’ipotesi porta a una contraddizione, l’implicazione deve essere vera.
2.Logica proposizionale e dimostrazioni
Risposta: p = 0, q = 1
Quantificatori e argomenti: ¬∀x P(x) ≡ ∃x ¬P(x) e ¬∃x P(x) ≡ ∀x ¬P(x). Sposta una negazione verso l’interno, scambia ogni quantificatore che attraversa e nega la formula interna con le leggi proposizionali, come ¬(a → b) ≡ a ∧ ¬b. Un argomento è valido quando la conclusione vale 1 in ogni riga in cui tutte le premesse valgono 1. Una sola riga con premesse vere e conclusione falsa è un controesempio e mostra che l’argomento non è valido.
Premesse e conclusione riga per riga
p = 1, q = 1: 1 0 | 0
p = 1, q = 0: 0 0 | 1
p = 0, q = 1: 1 1 | 0
p = 0, q = 0: 1 1 | 1
Controesempio
p = 0, q = 1
Risposta
p = 0, q = 1
Un argomento di questa forma sembra una regola valida, ma una sola riga basta a mostrare che non lo è.
3.Insiemi, relazioni e funzioni
Risposta: n = 17
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: 5
F ∩ G solo: 18 − 5 = 13
F ∩ S solo: 6 − 5 = 1
G ∩ S solo: 11 − 5 = 6
Insiemi singoli
F solo: 22 − 13 − 1 − 5 = 3
G solo: 27 − 13 − 6 − 5 = 3
S solo: 23 − 1 − 6 − 5 = 11
Risposta
3 + 3 + 11 = 17
Risposta
n = 17
4.Insiemi, relazioni e funzioni
Risposta: iniettiva, non suriettiva
Funzioni e conteggio: una funzione f: A → B assegna a ogni elemento di A esattamente un’immagine in B. f è iniettiva (uno a uno) quando elementi diversi hanno immagini diverse, suriettiva (su) quando ogni elemento di B è un’immagine, e biiettiva quando valgono entrambe. Con |A| = m e |B| = n ci sono nᵐ funzioni, n!/(n − m)! iniettive (m ≤ n), e per inclusione-esclusione Σ (−1)ᵏ·C(n, k)·(n − k)ᵐ suriettive. |𝒫(A)| = 2ᵐ e |A × B| = m·n.
Iniettiva?
ogni elemento di B è colpito al più una volta → iniettiva
Suriettiva?
a, c non ricevono alcuna freccia → non suriettiva
Risposta
iniettiva, non suriettiva
Risposta
iniettiva, non suriettiva
5.Teoria dei grafi
Risposta: L = 17
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.
Lemma delle strette di mano per un albero
L + 31 = 2(L + 8) − 2
L = 17
Risposta
L = 17
Scorciatoia: L = 2 + Σ (d − 2) sui vertici di grado d ≥ 3.
6.Teoria dei grafi
Risposta: C
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: 11
2. B (7): D: 14, E: 16
3. C (11)
4. D (14): F: 23
5. E (16): F: 21
6. F (21)
passo 3
C
Risposta
C
7.Teoria dei numeri e aritmetica modulare
Risposta: 37−1 mod 73 = 2
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).
Algoritmo di Euclide esteso
Ogni resto r si scrive r ≡ t·37 (mod 73).
r = 73, t = 0
r = 37, q = 1, t = 1
r = 36, q = 1, t = −1
r = 1, q = 36, t = 2
Inversa
1 ≡ 2·37 (mod 73)
x = 2
verifica: 37·2 = 74 = 1·73 + 1
Risposta
37−1 mod 73 = 2
8.Teoria dei numeri e aritmetica modulare
Risposta: c = 829
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.