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 (c ∧ a) → ¬b per contrapposizione. Quale implicazione dimostri al suo posto? Clicca su di essa.
(c ∧ a) → ¬b
1¬(c ∧ a) → ¬¬b
2¬¬b → ¬(c ∧ a)
3(c ∧ a) ∧ ¬¬b
4¬b → (c ∧ a)
2.Logica proposizionale e dimostrazioniDifficile
Quale enunciato è equivalente a ¬∃x F(x), con la negazione spostata fino in fondo all’interno? Clicca su di esso.
¬∃x F(x)
1∀x ¬F(x)
2∃x F(x)
3∀x F(x)
4∃x ¬F(x)
3.Insiemi, relazioni e funzioniMedia
R = {(1, 2), (1, 3), (2, 1), (3, 2)} è una relazione su {1, 2, 3}. Qual è il numero minimo k di coppie ordinate da aggiungere a R per renderla transitiva (la dimensione della chiusura transitiva meno |R|)?
R = {(1, 2), (1, 3), (2, 1), (3, 2)}
k =
4.Insiemi, relazioni e funzioniDifficile
Su X = {1, 2, …, 10} la relazione x ~ y vale quando x ≡ y (mod 2). Quanti elementi ci sono nella classe di equivalenza [1]?
X = {1, …, 10}x ~ y ⟺ 2 | (x − y)
|[1]| =
5.Teoria dei grafiMedia
Quanti cicli hamiltoniani diversi H ha il grafo completo K5? I cicli che differiscono solo per il vertice iniziale o per il verso contano come lo stesso.
K5
H =
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
Risolvi 64x ≡ 12 (mod 83). Dai la soluzione x con 0 < x < 83.
64x ≡ 12 (mod 83)
x =
8.Teoria dei numeri e aritmetica modulareDifficile
Cifra il messaggio m = 270 con la chiave pubblica RSA (n, e) = (559, 17). Trova il testo cifrato c.
n = 559e = 17m = 270
c =
3Soluzioni
1.Logica proposizionale e dimostrazioni
Risposta: ¬¬b → ¬(c ∧ a)
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 = c ∧ a, b = ¬b
Contronominale
¬b → ¬a = ¬¬b → ¬(c ∧ a)
Risposta
¬¬b → ¬(c ∧ a)
La contronominale è equivalente all’enunciato originale, quindi dimostrarla dimostra l’enunciato.
2.Logica proposizionale e dimostrazioni
Risposta: ∀x ¬F(x)
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 F(x) ≡ ∀x ¬F(x)
Risposta
∀x ¬F(x)
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: k = 5
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.
Coppie da aggiungere
{(1, 1), (2, 2), (2, 3), (3, 1), (3, 3)}
Conta
k = 5
Risposta
k = 5
4.Insiemi, relazioni e funzioni
Risposta: |[1]| = 5
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.
La classe
[1] = {1, 3, 5, 7, 9}
|[1]| = 5
Risposta
|[1]| = 5
5.Teoria dei grafi
Risposta: H = 12
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.
Conta
H = (5 − 1)!/2 = 24/2 = 12
Risposta
H = 12
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: 12
2. B (7): D: 18, E: 16
3. C (12)
4. E (16)
5. D (18): F: 23
6. F (23)
passo 5
D
Risposta
D
7.Teoria dei numeri e aritmetica modulare
Risposta: x = 78
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).
Inverso di 64
r = 83, t = 0
r = 64, q = 1, t = 1
r = 19, q = 3, t = −1
r = 7, q = 2, t = 4
r = 5, q = 1, t = −9
r = 2, q = 2, t = 13
r = 1, q = 2, t = −35
64−1 ≡ 48 (mod 83)
Risolvi
x ≡ 48·12 = 576 ≡ 78 (mod 83)
verifica: 64·78 = 4992 ≡ 12 (mod 83)
Risposta
x = 78
8.Teoria dei numeri e aritmetica modulare
Risposta: c = 30
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.