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 baharuKembali 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

  1. Kira bilangan pemboleh ubah yang berbeza: jadual kebenaran mempunyai 2ⁿ baris, bermula dengan kesemuanya 1.
  2. Beri setiap subformula lajurnya sendiri dan isi lajur-lajur itu dari dalam ke luar.
  3. Gunakan peraturan setiap penghubung: → hanya 0 bagi 1 → 0, ↔ ialah 1 apabila kedua-dua belah sepadan.
  4. Untuk kesetaraan, bandingkan lajur akhir baris demi baris; untuk hujah, lihat hanya baris yang setiap premisnya 1.
  5. 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
2n²; reflexive 2n² − n; symmetric 2n(n+1)/2
Gubahan
(g ∘ f)(x) = g(f(x))

Kaedah

  1. Lukis gambar rajah Venn dan putuskan kawasan demi kawasan apa yang tergolong dalam ungkapan set itu.
  2. Untuk soalan pengiraan, isi kawasan dari tengah ke luar: semua set, kemudian pasangan, kemudian set tunggal, kemudian bahagian luar.
  3. Gunakan prinsip rangkuman–penyisihan sebagai semakan: |A ∪ B| = |A| + |B| − |A ∩ B|.
  4. Untuk suatu hubungan, uji setiap sifat pada setiap pasangan dan beri satu contoh penyangkal apabila ia gagal.
  5. 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(Kn)| = n(n − 1)/2, |E(Km,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 Kn
(n − 1)!/2
Kemas kini Dijkstra
d(v) = min(d(v), d(u) + w(u, v))
Jalan sepanjang L
(Mᴸ)ij

Kaedah

  1. Tulis darjah setiap bucu; jumlah darjah ialah dua kali bilangan sisi.
  2. Untuk soalan Euler, semak bahawa graf itu bersambung dan kira bucu yang berdarjah ganjil.
  3. Untuk pokok, gunakan n − 1 sisi dan lema jabat tangan.
  4. Untuk Dijkstra, simpan jadual jarak sementara dan tetapkan bucu tidak tetap yang paling kecil dalam setiap pusingan.
  5. 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

  1. Kurangkan setiap nombor modulo n dahulu; baki terletak antara 0 dengan n − 1.
  2. Untuk gcd, bahagi berulang kali dengan algoritma Euclid; baki bukan sifar yang terakhir ialah gcd.
  3. Untuk songsangan, jalankan algoritma lanjutan dan simpan pekali a; tambah n jika ia negatif.
  4. Selesaikan a·x ≡ b dengan mendarab dengan a⁻¹; gabungkan dua kongruen dengan menulis x = r₁ + m₁k.
  5. 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
pqr¬q¬q ∧ p((r ∧ ¬p) → (q → r)) ∧ (¬q ∧ p)111?110?101?100?011?010?001?000?

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

((r ∧ ¬p) → (q → r)) ∧ (¬q ∧ p)
N =
2.Logik proposisi & pembuktianSukar
∃x (P(x) ∧ ∀y ¬R(x, y))∃x (¬P(x) ∧ ∃y R(x, y))∀x (P(x) ∧ ∀y ¬R(x, y))∃x (P(x) → ∀y ¬R(x, y))

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

¬∀x (P(x) → ∃y R(x, y))
  1. 1∃x (P(x) ∧ ∀y ¬R(x, y))
  2. 2∃x (¬P(x) ∧ ∃y R(x, y))
  3. 3∀x (P(x) ∧ ∀y ¬R(x, y))
  4. 4∃x (P(x) → ∀y ¬R(x, y))
3.Set, hubungan & fungsiSederhana
ULTW

Satu tinjauan terhadap 61 orang mendapati 32 memiliki komputer riba (L), 34 tablet (T) dan 25 jam tangan pintar (W). 12 memiliki L dan T, 13 memiliki L dan W, 16 memiliki T dan W, dan 5 memiliki ketiga-tiganya. Berapa orang berada dalam tepat dua daripada ketiga-tiga set? Panggil nombor ini n.

|U| = 61
n =
4.Set, hubungan & fungsiSukar
x12345f(x)11354g(x)31421

Fungsi f dan g pada {1, 2, 3, 4, 5} diberikan oleh jadualnya. Cari (f ∘ g)(3).

f: 1 ↦ 1, 2 ↦ 1, 3 ↦ 3, 4 ↦ 5, 5 ↦ 4g: 1 ↦ 3, 2 ↦ 1, 3 ↦ 4, 4 ↦ 2, 5 ↦ 1
(f ∘ g)(3) =
5.Teori grafSederhana
ABCDELitar EulerLaluan Euler, tiada litartiada kedua-duanya

Adakah graf bersambung itu mempunyai litar Euler, laluan Euler yang bukan litar, atau tiada kedua-duanya? Klik jawapan anda.

|V| = 5|E| = 6
  1. 1Litar Euler
  2. 2Laluan Euler, tiada litar
  3. 3tiada kedua-duanya
6.Teori grafSukar
ABCDEF

Berapa banyak jalan tertutup sepanjang 3 bermula dan berakhir di F? Jalan boleh mengulang bucu dan sisi. Panggil nombor ini N.

M = matriks kejirananL = 3
N =
7.Teori nombor & aritmetik moduloSederhana

Cari integer positif terkecil x dengan x ≡ 2 (mod 10) dan x ≡ 5 (mod 13).

x ≡ 2 (mod 10)x ≡ 5 (mod 13)
x =
8.Teori nombor & aritmetik moduloSukar

Gunakan kuasa dua berulang untuk mencari 2957 mod 76.

a = 29k = 57n = 76
2957 mod 76 =

3Larutan

1.Logik proposisi & pembuktian

Jawapan: N = 2

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

Kira baris dengan nilai 1

((r ∧ ¬p) → (q → r)) ∧ (¬q ∧ p): 0, 0, 1, 1, 0, 0, 0, 0
N = 2

Jawapan

N = 2
2.Logik proposisi & pembuktian

Jawapan: ∃x (P(x) ∧ ∀y ¬R(x, y))

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

Jawapan

∃x (P(x) ∧ ∀y ¬R(x, y))

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

3.Set, hubungan & fungsi

Jawapan: n = 26

Set dan gambar rajah Venn: A ∪ B mengandungi unsur dalam A atau B (atau kedua-duanya), A ∩ B unsur dalam kedua-duanya, A − B unsur A yang tidak ada dalam B, dan pelengkap A′ ialah segala-galanya dalam U yang tidak ada dalam A. Dalam gambar rajah Venn, setiap ungkapan set ialah kesatuan kawasan, maka kira kawasan demi kawasan. Rangkuman–penyisihan: |A ∪ B| = |A| + |B| − |A ∩ B|, dan |A ∪ B ∪ C| = |A| + |B| + |C| − |A ∩ B| − |A ∩ C| − |B ∩ C| + |A ∩ B ∩ C|.

Bahagian tengah dan pasangan

L ∩ T ∩ W: 5
L ∩ T sahaja: 12 − 5 = 7
L ∩ W sahaja: 13 − 5 = 8
T ∩ W sahaja: 16 − 5 = 11

Set tunggal

L sahaja: 32 − 7 − 8 − 5 = 12
T sahaja: 34 − 7 − 11 − 5 = 11
W sahaja: 25 − 8 − 11 − 5 = 1

Jawapan

7 + 8 + 11 = 26

Jawapan

n = 26
4.Set, hubungan & fungsi

Jawapan: (f ∘ g)(3) = 5

Fungsi dan pengiraan: fungsi f: A → B memberi setiap unsur A tepat satu imej dalam B. f ialah satu-satu (injektif) apabila unsur berbeza mempunyai imej berbeza, keseluruhan (surjektif) apabila setiap unsur B ialah imej, dan bijektif apabila kedua-duanya benar. Dengan |A| = m dan |B| = n terdapat nᵐ fungsi, n!/(n − m)! fungsi satu-satu (m ≤ n), dan dengan rangkuman–penyisihan Σ (−1)ᵏ·C(n, k)·(n − k)ᵐ fungsi keseluruhan. |𝒫(A)| = 2ᵐ dan |A × B| = m·n.

Fungsi dalam

g(3) = 4

Fungsi luar

f(4) = 5
(f ∘ g)(3) = 5

Jawapan

(f ∘ g)(3) = 5
5.Teori graf

Jawapan: tiada kedua-duanya

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; Kn 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.

Darjah

deg(A) = 2, deg(B) = 3, deg(C) = 3, deg(D) = 1, deg(E) = 3

Bucu ganjil

B, C, D, E → 4
tiada kedua-duanya

Jawapan

tiada kedua-duanya
6.Teori graf

Jawapan: N = 2

Darjah: darjah sesuatu bucu ialah bilangan sisi yang bertemu padanya. Setiap sisi mempunyai dua hujung, maka jumlah darjah ialah dua kali bilangan sisi: Σ deg(v) = 2|E| (lema jabat tangan). Bilangan bucu berdarjah ganjil oleh itu genap. Kn mempunyai n(n − 1)/2 sisi, graf k-sekata pada n bucu mempunyai nk/2, dan pokok pada n bucu mempunyai n − 1 sisi.

Matriks kejiranan

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

Satu langkah lagi

(M³)FF = 0·0 + 0·0 + 1·0 + 1·1 + 1·1 + 2·0 = 2

Jawapan

N = 2
7.Teori nombor & aritmetik modulo

Jawapan: x = 122

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).

Kongruen pertama

x = 2 + 10k

Kongruen kedua

2 + 10k ≡ 5 (mod 13) → 10k ≡ 3 (mod 13)
k ≡ 4·3 ≡ 12 (mod 13)

Keputusan

x = 2 + 10·12 = 122
x = 122
semakan: 122 mod 10 = 2, 122 mod 13 = 5

Jawapan

x = 122
8.Teori nombor & aritmetik modulo

Jawapan: 2957 mod 76 = 69

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 perduaan

57 = 1110012 = 32 + 16 + 8 + 1

Kuasa dua berulang

291 ≡ 29 (mod 76)
292 ≡ 5 (mod 76)
294 ≡ 25 (mod 76)
298 ≡ 17 (mod 76)
2916 ≡ 61 (mod 76)
2932 ≡ 73 (mod 76)

Darabkan kuasa yang diperlukan

2957 ≡ 29·17·61·73 ≡ 69 (mod 76)

Jawapan

2957 mod 76 = 69

ExamProblems · examproblems.com/courses/discrete-mathematics