이산수학: 벼락치기 팩

공식 모음, 모든 주제의 핵심 풀이 단계, 연습 문제 8개가 들어 있으며 전체 풀이는 맨 뒤에 있습니다.

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1공식과 풀이 방법

명제논리와 증명

진리표의 행 수
2ⁿ
함의
p → q ≡ ¬p ∨ q ≡ ¬q → ¬p
함의의 부정
¬(p → q) ≡ p ∧ ¬q
쌍조건
p ↔ q ≡ (p → q) ∧ (q → p)
드모르간 법칙
¬(p ∧ q) ≡ ¬p ∨ ¬q, ¬(p ∨ q) ≡ ¬p ∧ ¬q
분배법칙
p ∨ (q ∧ r) ≡ (p ∨ q) ∧ (p ∨ r), p ∧ (q ∨ r) ≡ (p ∧ q) ∨ (p ∧ r)
한정자의 부정
¬∀x P(x) ≡ ∃x ¬P(x), ¬∃x P(x) ≡ ∀x ¬P(x)
전건 긍정법, 후건 부정법
p → q, p ⊢ q; p → q, ¬q ⊢ ¬p

방법

  1. 서로 다른 변수의 개수를 세세요. 진리표는 2ⁿ개의 행을 가지며, 첫 행은 모두 1입니다.
  2. 모든 부분식에 각각 열을 하나씩 주고, 안쪽부터 바깥쪽으로 열을 채우세요.
  3. 각 연결자의 규칙을 적용하세요. →는 1 → 0일 때만 0이고, ↔는 양쪽이 같을 때 1입니다.
  4. 동치는 마지막 열을 행마다 비교하고, 논증은 모든 전제가 1인 행만 살펴보세요.
  5. 한정된 문장을 부정하려면 ¬를 안쪽으로 옮기고, ∀와 ∃를 서로 바꾸고, 안쪽 식을 부정하세요.

집합, 관계, 함수

집합 두 개
|A ∪ B| = |A| + |B| − |A ∩ B|
집합 세 개
|A ∪ B ∪ C| = |A| + |B| + |C| − |A ∩ B| − |A ∩ C| − |B ∩ C| + |A ∩ B ∩ C|
차집합과 여집합
A − B = A ∩ B′, |A′| = |U| − |A|
멱집합과 곱집합
|𝒫(A)| = 2|A|, |A × B| = |A|·|B|
크기 k인 부분집합
C(n, k) = n!/(k!(n − k)!)
함수 A → B
nᵐ; injective n!/(n − m)!; surjective Σ (−1)ᵏ C(n, k)(n − k)ᵐ
n개 원소 위의 관계
2n²; reflexive 2n² − n; symmetric 2n(n+1)/2
합성
(g ∘ f)(x) = g(f(x))

방법

  1. 벤 다이어그램을 그리고, 집합식에 속하는 영역을 영역별로 판단하세요.
  2. 개수를 세는 문제에서는 가운데에서 바깥쪽으로 영역을 채우세요. 모든 집합, 그다음 두 집합씩, 그다음 한 집합, 마지막으로 바깥쪽 순서입니다.
  3. 포함·배제 원리로 확인하세요: |A ∪ B| = |A| + |B| − |A ∩ B|.
  4. 관계는 모든 쌍에서 각 성질을 검사하고, 성립하지 않으면 반례를 하나 드세요.
  5. 함수는 B의 각 원소로 들어오는 화살표를 세세요. 많아야 하나이면 단사이고, 적어도 하나이면 전사입니다.

그래프 이론

악수 보조정리
Σ deg(v) = 2|E|
완전그래프
|E(Kn)| = n(n − 1)/2, |E(Km,n)| = m·n
정규그래프
|E| = n·k/2
트리와 포리스트
|E| = n − 1, |E| = n − c
트리의 잎
L = 2 + Σ (deg(v) − 2) over deg(v) ≥ 3
오일러
회로: 모든 차수가 짝수; 경로: 차수가 홀수인 정점이 정확히 2개
Kn의 해밀턴 회로
(n − 1)!/2
다익스트라 갱신
d(v) = min(d(v), d(u) + w(u, v))
길이 L의 보행
(Mᴸ)ij

방법

  1. 모든 정점의 차수를 적으세요. 차수의 합은 간선 수의 두 배입니다.
  2. 오일러 문제에서는 그래프가 연결되어 있는지 확인하고 차수가 홀수인 정점의 수를 세세요.
  3. 트리에서는 간선이 n − 1개라는 사실과 악수 보조정리를 사용하세요.
  4. 다익스트라에서는 임시 거리 표를 만들고, 매 단계마다 확정되지 않은 정점 중 거리가 가장 작은 정점을 확정하세요.
  5. 최소 신장 트리는 간선을 가중치 순으로 정렬해 사이클을 만드는 간선을 건너뛰거나(크루스칼), 시작 정점에서 트리 하나를 키워 가세요(프림).

정수론과 모듈러 연산

나머지가 있는 나눗셈
a = q·n + r, 0 ≤ r < n
유클리드
gcd(a, b) = gcd(b, a mod b)
최소공배수
lcm(a, b) = a·b/gcd(a, b)
역행렬
a·a⁻¹ ≡ 1 (mod n), gcd(a, n) = 1
일차 합동식
a·x ≡ b → x ≡ a⁻¹·b (mod n)
오일러 피 함수
φ(n) = n·∏(1 − 1/p), φ(pᵏ) = pᵏ − pᵏ⁻¹
페르마
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

방법

  1. 먼저 모든 수를 n으로 나눈 나머지로 줄이세요. 나머지는 0부터 n − 1 사이에 있습니다.
  2. 최대공약수는 유클리드 호제법으로 계속 나누세요. 0이 아닌 마지막 나머지가 최대공약수입니다.
  3. 역원은 확장 알고리즘을 실행해 a의 계수를 취하고, 음수이면 n을 더하세요.
  4. a·x ≡ b는 a⁻¹을 곱해서 풀고, 두 합동식은 x = r₁ + m₁k로 써서 합치세요.
  5. 거듭제곱은 지수를 이진수로 쓰고 거듭 제곱하세요. RSA에서는 d = e⁻¹ mod φ(n)이고 φ(n) = (p − 1)(q − 1)입니다.

2연습 문제

1.명제논리와 증명보통
항진명제모순우연명제

((q → r) ∧ ¬r) → ¬q은(는) 항진명제, 모순, 우연명제 중 무엇인가? 답을 클릭하세요.

((q → r) ∧ ¬r) → ¬q
  1. 1항진명제
  2. 2모순
  3. 3우연명제
2.명제논리와 증명어려움
∃x ¬F(x)∃x F(x)∀x ¬F(x)∀x F(x)

부정을 가장 안쪽까지 옮긴 ¬∀x F(x)와(과) 동치인 문장은 어느 것인가? 클릭하세요.

¬∀x F(x)
  1. 1∃x ¬F(x)
  2. 2∃x F(x)
  3. 3∀x ¬F(x)
  4. 4∀x F(x)
3.집합, 관계, 함수보통
ULTW

51명을 조사했더니 25명이 노트북(L)을, 18명이 태블릿(T)을, 29명이 스마트워치(W)를 가지고 있다. 4명이 L과 T를, 16명이 L과 W를, 12명이 T와 W를 가지고 있고 3명이 셋 다 가지고 있다. L에만 속하는 것은 몇 개인가?

|U| = 51
|L − (T ∪ W)| =
4.집합, 관계, 함수어려움

{1, …, 9} 위의 동치 관계 R의 류는 {8}, {2, 4, 5, 9}, {1, 3, 6}, {7}이다. R에는 순서쌍이 몇 개 있는가? 그 수를 |R|(이)라 하자.

{8}{2, 4, 5, 9}{1, 3, 6}{7}
|R| =
5.그래프 이론보통

완전그래프 K4의 서로 다른 해밀턴 회로는 몇 개(H)인가? 시작 정점이나 방향만 다른 회로는 같은 것으로 센다.

K4
H =
6.그래프 이론어려움
ABCDEF

C에서 D까지 가는 길이 2의 보행은 몇 개인가? 보행에서는 정점과 간선이 반복될 수 있다. 그 수를 N(이)라 하자.

M = 인접 행렬L = 2
N =
7.정수론과 모듈러 연산보통

오일러 피 함수 φ(1805), 곧 1부터 1805까지의 정수 중 1805와(과) 서로소인 수의 개수를 구하시오.

n = 1805 = 5·192
φ(1805) =
8.정수론과 모듈러 연산어려움

26x ≡ 8 (mod 76)은(는) {0, 1, …, 75}에서 해가 몇 개(N)인가?

26x ≡ 8 (mod 76)
N =

3용액

1.명제논리와 증명

답: 항진명제

논리적 동치: 두 식은 진리표의 모든 행에서 값이 같으면 동치(≡)입니다. 항진명제는 모든 행에서 1이고, 모순은 모든 행에서 0이며, 우연명제는 둘 다 아닙니다. 유용한 법칙: 드모르간 법칙 ¬(a ∧ b) ≡ ¬a ∨ ¬b와 ¬(a ∨ b) ≡ ¬a ∧ ¬b, a → b ≡ ¬a ∨ b ≡ ¬b → ¬a(대우), ¬(a → b) ≡ a ∧ ¬b, 그리고 분배법칙 a ∨ (b ∧ c) ≡ (a ∨ b) ∧ (a ∨ c).

행별 진리표

q = 1, r = 1: q → r = 1, ¬r = 0, (q → r) ∧ ¬r = 0, ¬q = 0, ((q → r) ∧ ¬r) → ¬q = 1
q = 1, r = 0: q → r = 0, ¬r = 1, (q → r) ∧ ¬r = 0, ¬q = 0, ((q → r) ∧ ¬r) → ¬q = 1
q = 0, r = 1: q → r = 1, ¬r = 0, (q → r) ∧ ¬r = 0, ¬q = 1, ((q → r) ∧ ¬r) → ¬q = 1
q = 0, r = 0: q → r = 1, ¬r = 1, (q → r) ∧ ¬r = 1, ¬q = 1, ((q → r) ∧ ¬r) → ¬q = 1

분류

((q → r) ∧ ¬r) → ¬q: 1, 1, 1, 1
모든 행에서 1: 항진명제.

답

항진명제
2.명제논리와 증명

답: ∃x ¬F(x)

한정자와 논증: ¬∀x P(x) ≡ ∃x ¬P(x), ¬∃x P(x) ≡ ∀x ¬P(x). 부정을 안쪽으로 옮기고, 지나가는 모든 한정자를 바꾸고, ¬(a → b) ≡ a ∧ ¬b 같은 명제 논리 법칙으로 안쪽 식을 부정하세요. 모든 전제가 1인 모든 행에서 결론이 1이면 논증이 타당합니다. 전제는 참인데 결론이 거짓인 행이 하나라도 있으면 그것이 반례이며 그 논증은 타당하지 않음을 보여 줍니다.

부정을 안쪽으로 옮기기

¬∀x F(x) ≡ ∃x ¬F(x)

답

∃x ¬F(x)

다른 보기는 한정자를 그대로 두거나, 한정자의 순서를 바꾸거나, 안쪽 식을 잘못 부정한 것입니다.

3.집합, 관계, 함수

답: |L − (T ∪ W)| = 8

집합과 벤 다이어그램: A ∪ B는 A 또는 B(또는 둘 다)에 속하는 원소, A ∩ B는 둘 다에 속하는 원소, A − B는 A의 원소 중 B에 속하지 않는 원소이고, 여집합 A′는 U의 원소 중 A에 속하지 않는 모든 것입니다. 벤 다이어그램에서 모든 집합식은 영역들의 합집합이므로 영역별로 세세요. 포함·배제: |A ∪ B| = |A| + |B| − |A ∩ B|, 그리고 |A ∪ B ∪ C| = |A| + |B| + |C| − |A ∩ B| − |A ∩ C| − |B ∩ C| + |A ∩ B ∩ C|.

가운데와 쌍

L ∩ T ∩ W: 3
L ∩ T 만: 4 − 3 = 1
L ∩ W 만: 16 − 3 = 13
T ∩ W 만: 12 − 3 = 9

한 집합씩

L 만: 25 − 1 − 13 − 3 = 8
T 만: 18 − 1 − 9 − 3 = 5
W 만: 29 − 13 − 9 − 3 = 4

답

|L − (T ∪ W)| = 8

답

|L − (T ∪ W)| = 8
4.집합, 관계, 함수

답: |R| = 27

관계: 집합 X 위의 관계 R은 순서쌍 (x, y)의 집합입니다. X의 모든 x에 대해 (x, x) ∈ R이면 R은 반사적, (x, y) ∈ R이면 항상 (y, x) ∈ R도 성립하면 대칭적, (x, y)와 (y, x)가 모두 R에 있는 경우가 x = y일 때뿐이면 반대칭적, R에 (x, y)와 (y, z)가 있으면 (x, z) ∈ R이어야 하면 추이적입니다. 동치 관계는 반사적이고 대칭적이며 추이적이고, X를 서로소인 류로 나눕니다.

류별 쌍

|R| = 1² + 4² + 3² + 1² = 27

답

|R| = 27
5.그래프 이론

답: H = 3

오일러, 해밀턴, 트리: 연결 그래프는 모든 정점의 차수가 짝수이면 오일러 회로(모든 간선을 한 번씩 지나 출발점으로 돌아옴)를 가지고, 차수가 홀수인 정점이 정확히 두 개이면 회로가 아닌 오일러 경로를 가집니다. 이 경로는 한 홀수 정점에서 다른 홀수 정점까지 이어집니다. 해밀턴 회로는 모든 정점을 한 번씩 방문하며, Kn에는 (n − 1)!/2개가 있습니다. 정점이 n개인 트리는 간선이 n − 1개이고, 간선이 m개인 연결 그래프는 m − n + 1개의 간선을 제거한 뒤에도 신장 트리를 유지합니다.

세기

H = (4 − 1)!/2 = 6/2 = 3

답

H = 3
6.그래프 이론

답: N = 2

차수: 정점의 차수는 그 정점에 닿는 간선의 수입니다. 모든 간선은 양 끝이 있으므로 차수의 합은 간선 수의 두 배입니다: Σ deg(v) = 2|E|(악수 보조정리). 따라서 차수가 홀수인 정점의 수는 짝수입니다. Kn은 간선이 n(n − 1)/2개이고, 정점이 n개인 k-정규그래프는 nk/2개이며, 정점이 n개인 트리는 간선이 n − 1개입니다.

인접 행렬

A: 0 1 1 0 0 0
B: 1 0 1 1 1 0
C: 1 1 0 0 1 0
D: 0 1 0 0 1 1
E: 0 1 1 1 0 1
F: 0 0 0 1 1 0

공통 이웃

(M²)CD = 1·0 + 1·1 + 0·0 + 0·0 + 1·1 + 0·1 = 2

답

N = 2
7.정수론과 모듈러 연산

답: φ(1805) = 1368

역원과 합동식: a는 gcd(a, n) = 1일 때, 그리고 그때에만 n을 법으로 하는 역원을 가집니다. 확장 유클리드 알고리즘은 1 = s·n + t·a로 쓰고, 그러면 a⁻¹ ≡ t (mod n)입니다. gcd(a, n) = 1인 합동식 a·x ≡ b (mod n)의 해는 x ≡ a⁻¹·b입니다. 법이 서로소인 두 합동식 x ≡ r₁ (mod m₁)과 x ≡ r₂ (mod m₂)는 m₁·m₂를 법으로 해가 하나 있습니다(중국인의 나머지 정리). 오일러 φ(n)은 1부터 n까지의 수 중 n과 서로소인 수의 개수입니다: φ(n) = n·∏(1 − 1/p).

소인수

1805 = 5·192

오일러 피 함수 값

φ(1805) = φ(361)·φ(5) = 342·4 = 1368

답

φ(1805) = 1368
8.정수론과 모듈러 연산

답: N = 2

역원과 합동식: a는 gcd(a, n) = 1일 때, 그리고 그때에만 n을 법으로 하는 역원을 가집니다. 확장 유클리드 알고리즘은 1 = s·n + t·a로 쓰고, 그러면 a⁻¹ ≡ t (mod n)입니다. gcd(a, n) = 1인 합동식 a·x ≡ b (mod n)의 해는 x ≡ a⁻¹·b입니다. 법이 서로소인 두 합동식 x ≡ r₁ (mod m₁)과 x ≡ r₂ (mod m₂)는 m₁·m₂를 법으로 해가 하나 있습니다(중국인의 나머지 정리). 오일러 φ(n)은 1부터 n까지의 수 중 n과 서로소인 수의 개수입니다: φ(n) = n·∏(1 − 1/p).

gcd로 나누기

gcd(26, 76) = 2
13x ≡ 4 (mod 38)

줄인 합동식 풀기

13−1 ≡ 3 (mod 38) → x ≡ 12 (mod 38)

76을(를) 법으로 한 해

x ∈ {12, 50}
N = 2

답

N = 2

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