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 r → p? Clicca su di essa.
r → p
1¬r → ¬p
2p → r
3¬p ∧ ¬r
4¬p → ¬r
2.Logica proposizionale e dimostrazioniDifficile
Sono date le premesse p → r; ¬r. Quale conclusione ne segue? Clicca su di essa.
p → r¬r
1¬p
2p
3r
4¬p ∧ r
3.Insiemi, relazioni e funzioniMedia
Un sondaggio su 53 persone rileva che 29 possiedono un portatile (L), 22 un tablet (T) e 23 uno smartwatch (W). 11 possiedono L e T, 19 possiedono L e W, 7 possiedono T e W, e 5 possiedono tutti e tre. Quanti stanno in esattamente due dei tre insiemi? Chiama il numero n.
|U| = 53
n =
4.Insiemi, relazioni e funzioniDifficile
Una relazione di equivalenza R su {1, …, 9} ha le classi {5, 7, 9}, {1, 2, 4, 6}, {3, 8}. Quante coppie ordinate contiene R? Chiama il numero |R|.
{5, 7, 9}{1, 2, 4, 6}{3, 8}
|R| =
5.Teoria dei grafiMedia
Un albero ha 4 vertici di grado 4, 2 vertici di grado 2, e tutti gli altri suoi vertici sono foglie (grado 1). Quante foglie L ha?
4 × deg 42 × deg 2
L =
6.Teoria dei grafiDifficile
Trova il peso totale W di un albero di copertura minimo del grafo pesato.
|V| = 7|E| = 10
W =
7.Teoria dei numeri e aritmetica modulareMedia
Trova l’inverso di 14 modulo 23: il numero x con 0 < x < 23 e 14·x ≡ 1 (mod 23).
a = 14n = 23
14−1 mod 23 =
8.Teoria dei numeri e aritmetica modulareDifficile
83 è primo. Usa il piccolo teorema di Fermat per trovare 2783177 mod 83.
p = 83k = 83177
2783177 mod 83 =
3Soluzioni
1.Logica proposizionale e dimostrazioni
Risposta: ¬p → ¬r
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
Un’implicazione è equivalente alla sua contronominale ¬b → ¬a, non alla sua inversa b → a né alla sua contraria ¬a → ¬b.
r → p ≡ ¬p → ¬r
Verifica con la tabella di verità
p = 1, r = 1: 1 | 1 1 0 1
p = 1, r = 0: 1 | 0 0 0 1
p = 0, r = 1: 0 | 1 1 0 0
p = 0, r = 0: 1 | 1 1 1 1
Risposta
¬p → ¬r
Le colonne dopo la barra sono le opzioni nell’ordine mostrato.
2.Logica proposizionale e dimostrazioni
Risposta: ¬p
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.
Righe con tutte le premesse vere
p = 0, r = 0: ¬p = 1, p = 0, r = 0, ¬p ∧ r = 0
Conclusione
¬p (modus tollens)
Risposta
¬p
3.Insiemi, relazioni e funzioni
Risposta: n = 22
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: 5
L ∩ T solo: 11 − 5 = 6
L ∩ W solo: 19 − 5 = 14
T ∩ W solo: 7 − 5 = 2
Insiemi singoli
L solo: 29 − 6 − 14 − 5 = 4
T solo: 22 − 6 − 2 − 5 = 9
W solo: 23 − 14 − 2 − 5 = 2
Risposta
6 + 14 + 2 = 22
Risposta
n = 22
4.Insiemi, relazioni e funzioni
Risposta: |R| = 29
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 per classe
|R| = 3² + 4² + 2² = 29
Risposta
|R| = 29
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 + 20 = 2(L + 6) − 2
L = 10
Risposta
L = 10
Scorciatoia: L = 2 + Σ (d − 2) sui vertici di grado d ≥ 3.
6.Teoria dei grafi
Risposta: W = 48
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.
Algoritmo di Kruskal
AB (1): prendi
BC (6): prendi
AC (7): salta, chiude un ciclo
BD (8): prendi
EF (10): prendi
GC (11): prendi
GE (12): prendi
Peso totale
W = 1 + 6 + 8 + 10 + 11 + 12 = 48
Risposta
W = 48
7.Teoria dei numeri e aritmetica modulare
Risposta: 14−1 mod 23 = 5
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·14 (mod 23).
r = 23, t = 0
r = 14, q = 1, t = 1
r = 9, q = 1, t = −1
r = 5, q = 1, t = 2
r = 4, q = 1, t = −3
r = 1, q = 4, t = 5
Inversa
1 ≡ 5·14 (mod 23)
x = 5
verifica: 14·5 = 70 = 3·23 + 1
Risposta
14−1 mod 23 = 5
8.Teoria dei numeri e aritmetica modulare
Risposta: 2783177 mod 83 = 77
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.