Matematik Diskret: pek ulang kaji kilat

Lembaran formula, langkah kaedah utama untuk setiap topik dan 8 soalan latihan, dengan penyelesaian penuh di bahagian belakang.

Soalan baharu Kembali ke kursus

Dalam tetingkap cetak, pilih “Simpan sebagai PDF” untuk menyimpan salinan pada peranti anda.

1Formula dan kaedah

Logik proposisi & pembuktian

Baris jadual kebenaran: 2ⁿ
Implikasi: p → q ≡ ¬p ∨ q ≡ ¬q → ¬p
Implikasi dinafikan: ¬(p → q) ≡ p ∧ ¬q
Dwisyarat: p ↔ q ≡ (p → q) ∧ (q → p)
De Morgan: ¬(p ∧ q) ≡ ¬p ∨ ¬q, ¬(p ∨ q) ≡ ¬p ∧ ¬q
Hukum agihan: p ∨ (q ∧ r) ≡ (p ∨ q) ∧ (p ∨ r), p ∧ (q ∨ r) ≡ (p ∧ q) ∨ (p ∧ r)
Pengkuantiti dinafikan: ¬∀x P(x) ≡ ∃x ¬P(x), ¬∃x P(x) ≡ ∀x ¬P(x)
Modus ponens, modus tollens: p → q, p ⊢ q; p → q, ¬q ⊢ ¬p

Kaedah

Kira bilangan pemboleh ubah yang berbeza: jadual kebenaran mempunyai 2ⁿ baris, bermula dengan kesemuanya 1.
Beri setiap subformula lajurnya sendiri dan isi lajur-lajur itu dari dalam ke luar.
Gunakan peraturan setiap penghubung: → hanya 0 bagi 1 → 0, ↔ ialah 1 apabila kedua-dua belah sepadan.
Untuk kesetaraan, bandingkan lajur akhir baris demi baris; untuk hujah, lihat hanya baris yang setiap premisnya 1.
Untuk menafikan pernyataan berpengkuantiti, alihkan ¬ ke dalam, tukar ∀ dan ∃, dan nafikan formula di dalamnya.

Set, hubungan & fungsi

Dua set: |A ∪ B| = |A| + |B| − |A ∩ B|
Tiga set: |A ∪ B ∪ C| = |A| + |B| + |C| − |A ∩ B| − |A ∩ C| − |B ∩ C| + |A ∩ B ∩ C|
Beza dan pelengkap: A − B = A ∩ B′, |A′| = |U| − |A|
Set kuasa dan hasil darab: |𝒫(A)| = 2^|A|, |A × B| = |A|·|B|
Subset bersaiz k: C(n, k) = n!/(k!(n − k)!)
Fungsi A → B: nᵐ; injective n!/(n − m)!; surjective Σ (−1)ᵏ C(n, k)(n − k)ᵐ
Hubungan pada n unsur: 2^n²; reflexive 2^{n² − n}; symmetric 2^n(n+1)/2
Gubahan: (g ∘ f)(x) = g(f(x))

Kaedah

Lukis gambar rajah Venn dan putuskan kawasan demi kawasan apa yang tergolong dalam ungkapan set itu.
Untuk soalan pengiraan, isi kawasan dari tengah ke luar: semua set, kemudian pasangan, kemudian set tunggal, kemudian bahagian luar.
Gunakan prinsip rangkuman–penyisihan sebagai semakan: |A ∪ B| = |A| + |B| − |A ∩ B|.
Untuk suatu hubungan, uji setiap sifat pada setiap pasangan dan beri satu contoh penyangkal apabila ia gagal.
Untuk suatu fungsi, kira anak panah yang tiba pada setiap unsur B: paling banyak satu bermaksud fungsi satu-satu, sekurang-kurangnya satu bermaksud fungsi keseluruhan.

Teori graf

Lema jabat tangan: Σ deg(v) = 2|E|
Graf lengkap: |E(K_n)| = n(n − 1)/2, |E(K_m,n)| = m·n
Graf sekata: |E| = n·k/2
Pokok dan hutan: |E| = n − 1, |E| = n − c
Daun sesebuah pokok: L = 2 + Σ (deg(v) − 2) over deg(v) ≥ 3
Euler: litar: semua darjah genap; laluan: tepat 2 darjah ganjil
Litar Hamilton dalam K_n: (n − 1)!/2
Kemas kini Dijkstra: d(v) = min(d(v), d(u) + w(u, v))
Jalan sepanjang L: (Mᴸ)_ij

Kaedah

Tulis darjah setiap bucu; jumlah darjah ialah dua kali bilangan sisi.
Untuk soalan Euler, semak bahawa graf itu bersambung dan kira bucu yang berdarjah ganjil.
Untuk pokok, gunakan n − 1 sisi dan lema jabat tangan.
Untuk Dijkstra, simpan jadual jarak sementara dan tetapkan bucu tidak tetap yang paling kecil dalam setiap pusingan.
Untuk pokok rentang minimum, isih sisi mengikut berat dan langkau setiap sisi yang menutup satu kitaran (Kruskal), atau tumbuhkan satu pokok daripada bucu permulaan (Prim).

Teori nombor & aritmetik modulo

Pembahagian dengan baki: a = q·n + r, 0 ≤ r < n
Euclid: gcd(a, b) = gcd(b, a mod b)
Gandaan sepunya terkecil: lcm(a, b) = a·b/gcd(a, b)
Songsangan: a·a⁻¹ ≡ 1 (mod n), gcd(a, n) = 1
Kongruen linear: a·x ≡ b → x ≡ a⁻¹·b (mod n)
Fungsi totien Euler: 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

Kaedah

Kurangkan setiap nombor modulo n dahulu; baki terletak antara 0 dengan n − 1.
Untuk gcd, bahagi berulang kali dengan algoritma Euclid; baki bukan sifar yang terakhir ialah gcd.
Untuk songsangan, jalankan algoritma lanjutan dan simpan pekali a; tambah n jika ia negatif.
Selesaikan a·x ≡ b dengan mendarab dengan a⁻¹; gabungkan dua kongruen dengan menulis x = r₁ + m₁k.
Untuk kuasa, tulis eksponen dalam perduaan dan kuasa duakan berulang kali; dalam RSA, d = e⁻¹ mod φ(n) dengan φ(n) = (p − 1)(q − 1).

2Soalan latihan

1.Logik proposisi & pembuktianSederhana

Dalam berapa daripada 8 baris jadual kebenarannya (r ∧ ¬p) ∧ ((q ∧ r) ∨ q) benar? Panggil nombor ini N.

(r ∧ ¬p) ∧ ((q ∧ r) ∨ q)

N =

2.Logik proposisi & pembuktianSukar

Pernyataan manakah yang setara dengan ¬∀x ∀y (R(x, y) → R(y, x)), dengan penafian dialihkan sepenuhnya ke dalam? Klik pernyataan itu.

¬∀x ∀y (R(x, y) → R(y, x))

1∀x ∀y (R(x, y) ∧ ¬R(y, x))
2∃x ∃y (R(x, y) → ¬R(y, x))
3∃x ∃y (¬R(x, y) ∧ ¬R(y, x))
4∃x ∃y (R(x, y) ∧ ¬R(y, x))

3.Set, hubungan & fungsiSederhana

R = {(1, 2), (2, 1), (2, 3), (4, 2), (4, 3)} ialah hubungan pada {1, 2, 3, 4}. Berapakah bilangan terkecil k pasangan tertib yang mesti ditambah pada R untuk menjadikannya transitif (saiz tutupan transitif tolak |R|)?

R = {(1, 2), (2, 1), (2, 3), (4, 2), (4, 3)}

k =

4.Set, hubungan & fungsiSukar

Berapa banyak hubungan pada set dengan 2 unsur yang refleksif dan simetri sekali gus? Panggil nombor ini N.

|X| = 2

N =

5.Teori grafSederhana

Berapa banyak litar Hamilton H yang berbeza pada graf lengkap K₄? Litar yang hanya berbeza pada bucu permulaan atau arah dikira sama.

K₄

H =

6.Teori grafSukar

Algoritma Kruskal membina pokok rentang minimum. Klik sisi yang ditambahnya sebagai sisi nombor 4; sisi yang dilangkau tidak dikira.

k = 4

1sisi AB
2sisi CE
3sisi DE
4sisi DF
5sisi EF
6sisi GB
7sisi GC
8sisi GD
9sisi GE

7.Teori nombor & aritmetik moduloSederhana

Selesaikan 17x ≡ 6 (mod 47). Beri penyelesaian x dengan 0 < x < 47.

17x ≡ 6 (mod 47)

x =

8.Teori nombor & aritmetik moduloSukar

Kunci RSA menggunakan p = 17, q = 31 dan e = 19. Nyahsulit teks sulit c = 114: cari mesej m.

p = 17q = 31e = 19c = 114

m =

3Larutan

1.Logik proposisi & pembuktian

Jawapan: N = 1

Jadual kebenaran: formula dengan n pemboleh ubah berbeza mempunyai 2ⁿ baris, satu untuk setiap gabungan nilai kebenaran (1 = benar, 0 = palsu). Bekerja dari dalam ke luar dan beri setiap subformula lajurnya sendiri. ¬a menyongsangkan nilai; a ∧ b ialah 1 hanya apabila kedua-duanya 1; a ∨ b ialah 0 hanya apabila kedua-duanya 0; a → b ialah 0 hanya apabila a = 1 dan b = 0; a ↔ b ialah 1 apabila kedua-dua belah sama.

Jadual kebenaran baris demi baris

p = 1, q = 1, r = 1: ¬p = 0, r ∧ ¬p = 0, q ∧ r = 1, (q ∧ r) ∨ q = 1, (r ∧ ¬p) ∧ ((q ∧ r) ∨ q) = 0

p = 1, q = 1, r = 0: ¬p = 0, r ∧ ¬p = 0, q ∧ r = 0, (q ∧ r) ∨ q = 1, (r ∧ ¬p) ∧ ((q ∧ r) ∨ q) = 0

p = 1, q = 0, r = 1: ¬p = 0, r ∧ ¬p = 0, q ∧ r = 0, (q ∧ r) ∨ q = 0, (r ∧ ¬p) ∧ ((q ∧ r) ∨ q) = 0

p = 1, q = 0, r = 0: ¬p = 0, r ∧ ¬p = 0, q ∧ r = 0, (q ∧ r) ∨ q = 0, (r ∧ ¬p) ∧ ((q ∧ r) ∨ q) = 0

p = 0, q = 1, r = 1: ¬p = 1, r ∧ ¬p = 1, q ∧ r = 1, (q ∧ r) ∨ q = 1, (r ∧ ¬p) ∧ ((q ∧ r) ∨ q) = 1

p = 0, q = 1, r = 0: ¬p = 1, r ∧ ¬p = 0, q ∧ r = 0, (q ∧ r) ∨ q = 1, (r ∧ ¬p) ∧ ((q ∧ r) ∨ q) = 0

p = 0, q = 0, r = 1: ¬p = 1, r ∧ ¬p = 1, q ∧ r = 0, (q ∧ r) ∨ q = 0, (r ∧ ¬p) ∧ ((q ∧ r) ∨ q) = 0

p = 0, q = 0, r = 0: ¬p = 1, r ∧ ¬p = 0, q ∧ r = 0, (q ∧ r) ∨ q = 0, (r ∧ ¬p) ∧ ((q ∧ r) ∨ q) = 0

Kira baris dengan nilai 1

(r ∧ ¬p) ∧ ((q ∧ r) ∨ q): 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0

N = 1

Jawapan

N = 1

2.Logik proposisi & pembuktian

Jawapan: ∃x ∃y (R(x, y) ∧ ¬R(y, x))

Pengkuantiti dan hujah: ¬∀x P(x) ≡ ∃x ¬P(x) dan ¬∃x P(x) ≡ ∀x ¬P(x). Alihkan penafian ke dalam, tukar setiap pengkuantiti yang dilaluinya, dan nafikan formula di dalam dengan hukum proposisi, seperti ¬(a → b) ≡ a ∧ ¬b. Hujah adalah sah apabila kesimpulan ialah 1 dalam setiap baris yang semua premisnya 1. Satu baris dengan premis benar dan kesimpulan palsu ialah contoh penyangkal dan menunjukkan hujah itu tidak sah.

Alihkan penafian ke dalam

¬∀x ∀y (R(x, y) → R(y, x)) ≡ ∃x ∃y (R(x, y) ∧ ¬R(y, x))

Jawapan

∃x ∃y (R(x, y) ∧ ¬R(y, x))

Pilihan lain sama ada mengekalkan pengkuantiti tanpa perubahan, mengubah susunan pengkuantiti, atau menafikan formula dalam dengan salah.

3.Set, hubungan & fungsi

Jawapan: k = 4

Hubungan: hubungan R pada set X ialah set pasangan tertib (x, y). R refleksif apabila (x, x) ∈ R untuk setiap x dalam X; simetri apabila (x, y) ∈ R sentiasa disertai (y, x) ∈ R; antisimetri apabila (x, y) dan (y, x) kedua-duanya dalam R hanya jika x = y; dan transitif apabila (x, y) dan (y, z) dalam R memaksa (x, z) ∈ R. Hubungan kesetaraan ialah refleksif, simetri dan transitif, dan membahagikan X kepada kelas terasing.

Pasangan untuk ditambah

{(1, 1), (1, 3), (2, 2), (4, 1)}

Kira

k = 4

Jawapan

k = 4

4.Set, hubungan & fungsi

Jawapan: N = 2

Kira pilihan yang bebas

N = 2¹ = 2

Jawapan

N = 2

5.Teori graf

Jawapan: H = 3

Euler, Hamilton dan pokok: graf bersambung mempunyai litar Euler (setiap sisi sekali, kembali ke permulaan) apabila setiap bucu berdarjah genap, dan laluan Euler yang bukan litar apabila tepat dua bucu berdarjah ganjil; laluan itu kemudian bermula dari satu bucu ganjil ke bucu ganjil yang lain. Litar Hamilton melawat setiap bucu sekali; K_n mempunyai (n − 1)!/2 daripadanya. Pokok pada n bucu mempunyai n − 1 sisi, dan graf bersambung dengan m sisi mengekalkan pokok rentang selepas membuang m − n + 1 sisi.

Kira

H = (4 − 1)!/2 = 6/2 = 3

Jawapan

H = 3

6.Teori graf

Jawapan: sisi GC

Laluan terpendek dan pokok rentang: algoritma Dijkstra menetapkan satu bucu setiap pusingan: bucu tidak tetap yang berjarak sementara paling kecil. Jaraknya kemudian muktamad, dan setiap jiran v mendapat d(v) = min(d(v), d(u) + w(u, v)). Algoritma Kruskal membina pokok rentang minimum dengan mengambil sisi dari ringan ke berat dan melangkau sebarang sisi yang akan menutup kitaran; algoritma Prim menumbuhkan satu pokok daripada bucu permulaan dengan sentiasa menambah sisi teringan yang keluar daripadanya. Pokok rentang n bucu mempunyai n − 1 sisi.

Algoritma Kruskal

1. GD (3)

2. AB (6)

3. DE (9)

4. GC (10)

5. EF (14)

6. GB (17)

nombor sisi 4

Jawapan

sisi GC

7.Teori nombor & aritmetik modulo

Jawapan: x = 28

Songsangan dan kongruen: a mempunyai songsangan modulo n tepat apabila gcd(a, n) = 1. Algoritma Euclid lanjutan menulis 1 = s·n + t·a, dan kemudian a⁻¹ ≡ t (mod n). Kongruen a·x ≡ b (mod n) dengan gcd(a, n) = 1 mempunyai penyelesaian x ≡ a⁻¹·b. Dua kongruen x ≡ r₁ (mod m₁) dan x ≡ r₂ (mod m₂) dengan modulus perdana relatif mempunyai satu penyelesaian modulo m₁·m₂ (teorem baki Cina). φ(n) Euler mengira nombor dari 1 hingga n yang perdana relatif dengan n: φ(n) = n·∏(1 − 1/p).

Songsangan 17

r = 47, t = 0

r = 17, q = 2, t = 1

r = 13, q = 1, t = −2

r = 4, q = 3, t = 3

r = 1, q = 4, t = −11

17⁻¹ ≡ 36 (mod 47)

Selesaikan

x ≡ 36·6 = 216 ≡ 28 (mod 47)

semakan: 17·28 = 476 ≡ 6 (mod 47)

Jawapan

x = 28

8.Teori nombor & aritmetik modulo

Jawapan: m = 261

Kuasa modular dan RSA: hitung aᵏ mod n dengan kuasa dua berulang: tulis k dalam perduaan, kuasa duakan, kurangkan selepas setiap langkah dan darabkan kuasa yang bitnya 1. Fermat: aᵖ⁻¹ ≡ 1 (mod p) untuk nombor perdana p yang tidak membahagi a, maka eksponen boleh dikurangkan modulo p − 1. RSA: pilih nombor perdana p dan q, n = p·q dan φ(n) = (p − 1)(q − 1); eksponen awam e perdana relatif dengan φ(n), dan eksponen persendirian ialah d = e⁻¹ mod φ(n). Sulitkan dengan c = mᵉ mod n dan nyahsulit dengan m = cᵈ mod n.

Eksponen persendirian

n = 527, φ(n) = 480

d = 19⁻¹ mod 480 = 379

Nyahsulit dengan kuasa dua berulang

379 = 256 + 64 + 32 + 16 + 8 + 2 + 1

114¹ ≡ 114 (mod 527)

114² ≡ 348 (mod 527)

114⁴ ≡ 421 (mod 527)

114⁸ ≡ 169 (mod 527)

114¹⁶ ≡ 103 (mod 527)

114³² ≡ 69 (mod 527)

114⁶⁴ ≡ 18 (mod 527)

114¹²⁸ ≡ 324 (mod 527)

114²⁵⁶ ≡ 103 (mod 527)

114³⁷⁹ ≡ 114·348·169·103·69·18·103 ≡ 261 (mod 527)

Mesej

m = 261

semakan: 261¹⁹ mod 527 = 114

Jawapan

m = 261

ExamProblems · examproblems.com/courses/discrete-mathematics