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
Quale formula è logicamente equivalente a ¬(p ∧ q)? Clicca su di essa.
¬(p ∧ q)
1¬p ∧ q
2¬p ∧ ¬q
3¬p ∨ q
4¬p ∨ ¬q
2.Logica proposizionale e dimostrazioniDifficile
Quante delle 16 righe della tabella di verità rendono vera ¬((r → p) → (s ∧ ¬q)) ∧ (p ∧ r)? Chiama questo numero N.
¬((r → p) → (s ∧ ¬q)) ∧ (p ∧ r)
N =
3.Insiemi, relazioni e funzioniMedia
Un sondaggio su 64 persone rileva che 24 possiedono un portatile (L), 36 un tablet (T) e 28 uno smartwatch (W). 12 possiedono L e T, 13 possiedono L e W, 12 possiedono T e W, e 2 possiedono tutti e tre. Quanti stanno in nessuno dei tre insiemi?
|U| = 64
|(L ∪ T ∪ W)′| =
4.Insiemi, relazioni e funzioniDifficile
Le funzioni f e g su {1, 2, 3, 4, 5} sono date dalle loro tabelle. Trova (g ∘ f)(1).
Un grafo connesso ha 7 vertici e 17 lati. Quanti lati k vanno tolti per ottenere un albero di copertura?
|V| = 7|E| = 17
k =
6.Teoria dei grafiDifficile
Usa l’algoritmo di Dijkstra per trovare la lunghezza d(F) del cammino minimo da A a F nel grafo pesato.
partenza: Aarrivo: F
d(F) =
7.Teoria dei numeri e aritmetica modulareMedia
Trova il più piccolo intero positivo x con x ≡ 1 (mod 4) e x ≡ 8 (mod 13).
x ≡ 1 (mod 4)x ≡ 8 (mod 13)
x =
8.Teoria dei numeri e aritmetica modulareDifficile
Cifra il messaggio m = 453 con la chiave pubblica RSA (n, e) = (493, 19). Trova il testo cifrato c.
n = 493e = 19m = 453
c =
3Soluzioni
1.Logica proposizionale e dimostrazioni
Risposta: ¬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).
La legge
De Morgan: ¬(a ∧ b) ≡ ¬a ∨ ¬b. L’∧ diventa ∨ e le due parti vengono negate.
¬(p ∧ q) ≡ ¬p ∨ ¬q
Verifica con la tabella di verità
p = 1, q = 1: 0 | 0 0 1 0
p = 1, q = 0: 1 | 0 0 0 1
p = 0, q = 1: 1 | 1 0 1 1
p = 0, q = 0: 1 | 0 1 1 1
Risposta
¬p ∨ ¬q
Le colonne dopo la barra sono le opzioni nell’ordine mostrato.
2.Logica proposizionale e dimostrazioni
Risposta: N = 3
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
r → p; ¬q; s ∧ ¬q; (r → p) → (s ∧ ¬q); ¬((r → p) → (s ∧ ¬q)); p ∧ r; ¬((r → p) → (s ∧ ¬q)) ∧ (p ∧ r)
Dividi secondo p
p = 1: 3
p = 0: 0
N = 3 + 0 = 3
Risposta
N = 3
3.Insiemi, relazioni e funzioni
Risposta: |(L ∪ T ∪ W)′| = 11
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
L ∩ T ∩ W: 2
L ∩ T solo: 12 − 2 = 10
L ∩ W solo: 13 − 2 = 11
T ∩ W solo: 12 − 2 = 10
Insiemi singoli
L solo: 24 − 10 − 11 − 2 = 1
T solo: 36 − 10 − 10 − 2 = 14
W solo: 28 − 11 − 10 − 2 = 5
Risposta
|L ∪ T ∪ W| = 53
|(L ∪ T ∪ W)′| = 64 − 53 = 11
Risposta
|(L ∪ T ∪ W)′| = 11
4.Insiemi, relazioni e funzioni
Risposta: (g ∘ f)(1) = 3
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.
Funzione interna
f(1) = 1
Funzione esterna
g(1) = 3
(g ∘ f)(1) = 3
Risposta
(g ∘ f)(1) = 3
5.Teoria dei grafi
Risposta: k = 11
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
7 − 1 = 6
Lati da togliere
k = 17 − 6 = 11
Risposta
k = 11
6.Teoria dei grafi
Risposta: d(F) = 14
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
Ogni riga: il vertice fissato, la sua distanza definitiva e i vertici adiacenti la cui distanza migliora.
A (0): B: 8, C: 4
C (4): E: 5
E (5): D: 11, F: 15
B (8): G: 9
G (9)
D (11): F: 14
F (14)
Cammino minimo
A → C → E → D → F
d(F) = 14
Risposta
d(F) = 14
7.Teoria dei numeri e aritmetica modulare
Risposta: x = 21
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 = 1 + 4k
Seconda congruenza
1 + 4k ≡ 8 (mod 13) → 4k ≡ 7 (mod 13)
k ≡ 10·7 ≡ 5 (mod 13)
Risultato
x = 1 + 4·5 = 21
x = 21
verifica: 21 mod 4 = 1, 21 mod 13 = 8
Risposta
x = 21
8.Teoria dei numeri e aritmetica modulare
Risposta: c = 362
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.