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 ¬(q ∧ p)? Clicca su di essa.
¬(q ∧ p)
1¬q ∧ ¬p
2¬q ∧ p
3¬q ∨ ¬p
4¬q ∨ p
2.Logica proposizionale e dimostrazioniDifficile
Quale enunciato è equivalente a ¬∀x (P(x) → ∃y R(x, y)), con la negazione spostata fino in fondo all’interno? Clicca su di esso.
¬∀x (P(x) → ∃y R(x, y))
1∃x (P(x) → ∀y ¬R(x, y))
2∃x (¬P(x) ∧ ∃y R(x, y))
3∀x (P(x) ∧ ∀y ¬R(x, y))
4∃x (P(x) ∧ ∀y ¬R(x, y))
3.Insiemi, relazioni e funzioniMedia
Su 58 studenti del primo anno, 21 hanno superato Matematica (M), 37 hanno superato Fisica (P) e 12 le hanno superate entrambe. Quanti stanno in almeno uno dei due insiemi?
|U| = 58|M| = 21|P| = 37|M ∩ P| = 12
|M ∪ P| =
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}. Clicca la descrizione che si adatta a f.
f = {(1, a), (2, c), (3, b)}
1iniettiva, non suriettiva
2suriettiva, non iniettiva
3biiettiva
4nessuna delle due
5.Teoria dei grafiMedia
Un albero ha 4 vertici di grado 4, e tutti gli altri suoi vertici sono foglie (grado 1). Quante foglie L ha?
4 × deg 4
L =
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 la funzione φ di Eulero φ(676), il numero di interi da 1 a 676 coprimi con 676.
n = 676 = 22·132
φ(676) =
8.Teoria dei numeri e aritmetica modulareDifficile
Una chiave RSA usa i primi p = 5 e q = 17 e l’esponente pubblico e = 5. Trova l’esponente privato d (0 < d < φ(n)).
p = 5q = 17e = 5
d =
3Soluzioni
1.Logica proposizionale e dimostrazioni
Risposta: ¬q ∨ ¬p
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.
¬(q ∧ p) ≡ ¬q ∨ ¬p
Verifica con la tabella di verità
p = 1, q = 1: 0 | 0 0 0 1
p = 1, q = 0: 1 | 0 1 1 1
p = 0, q = 1: 1 | 0 0 1 0
p = 0, q = 0: 1 | 1 0 1 1
Risposta
¬q ∨ ¬p
Le colonne dopo la barra sono le opzioni nell’ordine mostrato.
2.Logica proposizionale e dimostrazioni
Risposta: ∃x (P(x) ∧ ∀y ¬R(x, y))
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.
Sposta la negazione verso l’interno
¬∀x (P(x) → ∃y R(x, y)) ≡ ∃x (P(x) ∧ ∀y ¬R(x, y))
Risposta
∃x (P(x) ∧ ∀y ¬R(x, y))
Le altre opzioni lasciano invariato un quantificatore, cambiano l’ordine dei quantificatori oppure negano in modo errato la formula interna.
3.Insiemi, relazioni e funzioni
Risposta: |M ∪ P| = 46
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|.
Regioni
M ∩ P: 12
M − P: 21 − 12 = 9
P − M: 37 − 12 = 25
(M ∪ P)′: 58 − (9 + 25 + 12) = 12
Risposta
|M ∪ P| = 46
Risposta
|M ∪ P| = 46
4.Insiemi, relazioni e funzioni
Risposta: biiettiva
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?
ogni elemento di B è colpito → suriettiva
Risposta
biiettiva
Risposta
biiettiva
5.Teoria dei grafi
Risposta: L = 10
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 + 16 = 2(L + 4) − 2
L = 10
Risposta
L = 10
Scorciatoia: L = 2 + Σ (d − 2) sui vertici di grado d ≥ 3.
6.Teoria dei grafi
Risposta: d(F) = 31
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: 9
B (9): C: 14, D: 19, G: 14
C (14): E: 27
G (14)
D (19): F: 31
E (27)
F (31)
Cammino minimo
A → B → D → F
d(F) = 31
Risposta
d(F) = 31
7.Teoria dei numeri e aritmetica modulare
Risposta: φ(676) = 312
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).
Fattori primi
676 = 22·132
Funzione φ
φ(676) = φ(169)·φ(4) = 156·2 = 312
Risposta
φ(676) = 312
8.Teoria dei numeri e aritmetica modulare
Risposta: d = 13
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.