Narysuj diagram Venna i rozstrzygnij obszar po obszarze, co należy do wyrażenia na zbiorach.
W zadaniach na zliczanie wypełniaj obszary od środka na zewnątrz: najpierw wszystkie zbiory, potem pary, potem pojedyncze zbiory, na końcu zewnętrze.
Użyj zasady włączeń i wyłączeń do sprawdzenia: |A ∪ B| = |A| + |B| − |A ∩ B|.
Dla relacji sprawdź każdą własność na każdej parze i podaj jeden kontrprzykład, gdy zawodzi.
Dla funkcji policz strzałki wchodzące do każdego elementu B: co najwyżej jedna oznacza różnowartościowość, co najmniej jedna – surjekcję.
Teoria grafów
Lemat o uściskach dłoni
Σ deg(v) = 2|E|
Grafy pełne
|E(Kn)| = n(n − 1)/2, |E(Km,n)| = m·n
Graf regularny
|E| = n·k/2
Drzewo i las
|E| = n − 1, |E| = n − c
Liście drzewa
L = 2 + Σ (deg(v) − 2) over deg(v) ≥ 3
Euler
cykl: wszystkie stopnie parzyste; ścieżka: dokładnie 2 stopnie nieparzyste
Cykle Hamiltona w Kn
(n − 1)!/2
Aktualizacja w algorytmie Dijkstry
d(v) = min(d(v), d(u) + w(u, v))
Marsze o długości L
(Mᴸ)ij
Metoda
Zapisz stopień każdego wierzchołka; suma stopni jest równa dwukrotności liczby krawędzi.
W zadaniach o grafach eulerowskich sprawdź, czy graf jest spójny, i policz wierzchołki o nieparzystym stopniu.
Dla drzew użyj n − 1 krawędzi i lematu o uściskach dłoni.
W algorytmie Dijkstry prowadź tabelę tymczasowych odległości i w każdej rundzie zatwierdzaj niezatwierdzony wierzchołek o najmniejszej odległości.
Dla minimalnego drzewa rozpinającego posortuj krawędzie według wagi i pomijaj każdą krawędź zamykającą cykl (Kruskal) albo rozbudowuj jedno drzewo od wierzchołka startowego (Prim).
Teoria liczb i arytmetyka modularna
Dzielenie z resztą
a = q·n + r, 0 ≤ r < n
Euklides
gcd(a, b) = gcd(b, a mod b)
Najmniejsza wspólna wielokrotność
lcm(a, b) = a·b/gcd(a, b)
Odwrotność
a·a⁻¹ ≡ 1 (mod n), gcd(a, n) = 1
Kongruencja liniowa
a·x ≡ b → x ≡ a⁻¹·b (mod n)
Funkcja φ Eulera
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
Metoda
Najpierw zredukuj każdą liczbę modulo n; reszty leżą między 0 a n − 1.
Aby znaleźć NWD, dziel wielokrotnie algorytmem Euklidesa; ostatnia niezerowa reszta jest NWD.
Aby znaleźć element odwrotny, uruchom rozszerzony algorytm i zachowaj współczynnik przy a; dodaj n, jeśli jest ujemny.
Rozwiąż a·x ≡ b, mnożąc przez a⁻¹; dwie kongruencje połącz, zapisując x = r₁ + m₁k.
Przy potęgach zapisz wykładnik binarnie i wielokrotnie podnoś do kwadratu; w RSA d = e⁻¹ mod φ(n), gdzie φ(n) = (p − 1)(q − 1).
2Zadania do ćwiczenia
1.Rachunek zdań i dowodyŚredni
Która formuła jest logicznie równoważna r ∧ (p ∨ q)? Kliknij ją.
r ∧ (p ∨ q)
1(r ∧ p) ∨ (r ∧ q)
2r ∨ (p ∧ q)
3(r ∧ p) ∨ q
4(r ∨ p) ∧ (r ∨ q)
2.Rachunek zdań i dowodyTrudny
Które zdanie jest równoważne ¬∀x ∃y R(x, y), gdy negację przesunięto całkiem do środka? Kliknij je.
¬∀x ∃y R(x, y)
1∀x ∀y ¬R(x, y)
2∃y ∀x ¬R(x, y)
3∀x ∃y ¬R(x, y)
4∃x ∀y ¬R(x, y)
3.Zbiory, relacje i funkcjeŚredni
R = {(1, 1), (1, 2), (1, 3), (2, 4)} jest relacją na {1, 2, 3, 4}. Jaka jest najmniejsza liczba k par uporządkowanych, które trzeba dodać do R, aby stała się symetryczna?
R = {(1, 1), (1, 2), (1, 3), (2, 4)}
k =
4.Zbiory, relacje i funkcjeTrudny
Funkcje f i g na {1, 2, 3, 4, 5} są dane tabelami. Znajdź (f ∘ g)(2).
Drzewo ma 4× wierzchołek stopnia 4, 3× wierzchołek stopnia 2, a wszystkie jego pozostałe wierzchołki są liśćmi (stopień 1). Ile liści L ma to drzewo?
4 × deg 43 × deg 2
L =
6.Teoria grafówTrudny
Algorytm Dijkstry rusza z A. Kliknij wierzchołek zatwierdzony (uczyniony stałym) w rundzie 4; sam A to runda 1.
start: Arunda 4
1A
2B
3C
4D
5E
6F
7.Teoria liczb i arytmetyka modularnaŚredni
Rozwiąż 41x ≡ 25 (mod 53). Podaj rozwiązanie x z 0 < x < 53.
41x ≡ 25 (mod 53)
x =
8.Teoria liczb i arytmetyka modularnaTrudny
Ile rozwiązań N ma 36x ≡ 51 (mod 87) w zbiorze {0, 1, …, 86}?
36x ≡ 51 (mod 87)
N =
3Roztwory
1.Rachunek zdań i dowody
Odpowiedź: (r ∧ p) ∨ (r ∧ q)
Równoważność logiczna: dwie formuły są równoważne (≡), gdy mają tę samą wartość w każdym wierszu tablicy prawdy. Tautologia jest równa 1 w każdym wierszu, kontradykcja 0 w każdym wierszu, a formuła kontyngentna nie jest ani jednym, ani drugim. Przydatne prawa: prawa de Morgana, ¬(a ∧ b) ≡ ¬a ∨ ¬b oraz ¬(a ∨ b) ≡ ¬a ∧ ¬b; a → b ≡ ¬a ∨ b ≡ ¬b → ¬a (kontrapozycja); ¬(a → b) ≡ a ∧ ¬b; oraz prawa rozdzielności, a ∨ (b ∧ c) ≡ (a ∨ b) ∧ (a ∨ c).
Prawo
∧ jest rozdzielne względem ∨: a ∧ (b ∨ c) ≡ (a ∧ b) ∨ (a ∧ c).
r ∧ (p ∨ q) ≡ (r ∧ p) ∨ (r ∧ q)
Sprawdź tablicą prawdy
p = 1, q = 1, r = 1: 1 | 1 1 1 1
p = 1, q = 1, r = 0: 0 | 0 1 1 1
p = 1, q = 0, r = 1: 1 | 1 1 1 1
p = 1, q = 0, r = 0: 0 | 0 0 0 0
p = 0, q = 1, r = 1: 1 | 1 1 1 1
p = 0, q = 1, r = 0: 0 | 0 0 1 0
p = 0, q = 0, r = 1: 0 | 0 1 0 1
p = 0, q = 0, r = 0: 0 | 0 0 0 0
Odpowiedź
(r ∧ p) ∨ (r ∧ q)
Kolumny po kresce to opcje w pokazanej kolejności.
2.Rachunek zdań i dowody
Odpowiedź: ∃x ∀y ¬R(x, y)
Kwantyfikatory i wnioskowania: ¬∀x P(x) ≡ ∃x ¬P(x) oraz ¬∃x P(x) ≡ ∀x ¬P(x). Przesuń negację do środka, zamień każdy kwantyfikator, który mija, i zaneguj formułę wewnętrzną prawami rachunku zdań, takimi jak ¬(a → b) ≡ a ∧ ¬b. Wnioskowanie jest poprawne, gdy wniosek jest równy 1 w każdym wierszu, w którym wszystkie przesłanki są równe 1. Pojedynczy wiersz z prawdziwymi przesłankami i fałszywym wnioskiem jest kontrprzykładem i pokazuje, że wnioskowanie jest niepoprawne.
Przesuń negację do środka
¬∀x ∃y R(x, y) ≡ ∃x ∀y ¬R(x, y)
Odpowiedź
∃x ∀y ¬R(x, y)
Pozostałe opcje albo zostawiają kwantyfikator bez zmian, albo zmieniają kolejność kwantyfikatorów, albo błędnie negują formułę wewnętrzną.
3.Zbiory, relacje i funkcje
Odpowiedź: k = 3
Relacje: relacja R na zbiorze X to zbiór par uporządkowanych (x, y). R jest zwrotna, gdy (x, x) ∈ R dla każdego x z X; symetryczna, gdy (x, y) ∈ R zawsze występuje razem z (y, x) ∈ R; antysymetryczna, gdy (x, y) i (y, x) należą do R tylko wtedy, gdy x = y; oraz przechodnia, gdy (x, y) i (y, z) w R wymuszają (x, z) ∈ R. Relacja równoważności jest zwrotna, symetryczna i przechodnia i dzieli X na rozłączne klasy.
Pary do dodania
{(2, 1), (3, 1), (4, 2)}
Policz
k = 3
Odpowiedź
k = 3
4.Zbiory, relacje i funkcje
Odpowiedź: (f ∘ g)(2) = 3
Funkcje i zliczanie: funkcja f: A → B przypisuje każdemu elementowi A dokładnie jeden obraz w B. f jest różnowartościowa (injekcja), gdy różne elementy mają różne obrazy, „na” (surjekcja), gdy każdy element B jest obrazem, i wzajemnie jednoznaczna (bijekcja), gdy zachodzą oba warunki. Dla |A| = m i |B| = n jest nᵐ funkcji, n!/(n − m)! różnowartościowych (m ≤ n) oraz, z zasady włączeń i wyłączeń, Σ (−1)ᵏ·C(n, k)·(n − k)ᵐ funkcji „na”. |𝒫(A)| = 2ᵐ i |A × B| = m·n.
Funkcja wewnętrzna
g(2) = 3
Funkcja zewnętrzna
f(3) = 3
(f ∘ g)(2) = 3
Odpowiedź
(f ∘ g)(2) = 3
5.Teoria grafów
Odpowiedź: L = 10
Euler, Hamilton i drzewa: graf spójny ma cykl Eulera (każda krawędź raz, powrót do startu), gdy każdy wierzchołek ma stopień parzysty, oraz ścieżkę Eulera, która nie jest cyklem, gdy dokładnie dwa wierzchołki mają stopień nieparzysty; ścieżka biegnie wtedy od jednego wierzchołka nieparzystego do drugiego. Cykl Hamiltona odwiedza każdy wierzchołek raz; Kn ma ich (n − 1)!/2. Drzewo o n wierzchołkach ma n − 1 krawędzi, a graf spójny o m krawędziach zachowuje drzewo rozpinające po usunięciu m − n + 1 krawędzi.
Lemat o uściskach dłoni dla drzewa
L + 22 = 2(L + 7) − 2
L = 10
Odpowiedź
L = 10
Skrót: L = 2 + Σ (d − 2) po wierzchołkach o stopniu d ≥ 3.
6.Teoria grafów
Odpowiedź: E
Najkrótsze ścieżki i drzewa rozpinające: algorytm Dijkstry zatwierdza jeden wierzchołek na rundę: niezatwierdzony wierzchołek o najmniejszej tymczasowej odległości. Jego odległość jest wtedy ostateczna, a każdy sąsiad v dostaje d(v) = min(d(v), d(u) + w(u, v)). Algorytm Kruskala buduje minimalne drzewo rozpinające, biorąc krawędzie od lekkich do ciężkich i pomijając każdą, która zamknęłaby cykl; algorytm Prima rozbudowuje jedno drzewo od wierzchołka startowego, zawsze dodając najlżejszą krawędź wychodzącą z niego. Drzewo rozpinające o n wierzchołkach ma n − 1 krawędzi.
Algorytm Dijkstry runda po rundzie
1. A (0): B: 8, C: 13
2. B (8): C: 9, E: 20
3. C (9): E: 13
4. E (13): D: 18, F: 14
5. F (14)
6. D (18)
runda 4
E
Odpowiedź
E
7.Teoria liczb i arytmetyka modularna
Odpowiedź: x = 20
Elementy odwrotne i kongruencje: a ma element odwrotny modulo n dokładnie wtedy, gdy NWD(a, n) = 1. Rozszerzony algorytm Euklidesa zapisuje 1 = s·n + t·a, a wtedy a⁻¹ ≡ t (mod n). Kongruencja a·x ≡ b (mod n) przy NWD(a, n) = 1 ma rozwiązanie x ≡ a⁻¹·b. Dwie kongruencje x ≡ r₁ (mod m₁) i x ≡ r₂ (mod m₂) o względnie pierwszych modułach mają jedno rozwiązanie modulo m₁·m₂ (chińskie twierdzenie o resztach). Funkcja φ(n) Eulera zlicza liczby od 1 do n względnie pierwsze z n: φ(n) = n·∏(1 − 1/p).
Element odwrotny do 41
r = 53, t = 0
r = 41, q = 1, t = 1
r = 12, q = 3, t = −1
r = 5, q = 2, t = 4
r = 2, q = 2, t = −9
r = 1, q = 2, t = 22
41−1 ≡ 22 (mod 53)
Rozwiąż
x ≡ 22·25 = 550 ≡ 20 (mod 53)
sprawdzenie: 41·20 = 820 ≡ 25 (mod 53)
Odpowiedź
x = 20
8.Teoria liczb i arytmetyka modularna
Odpowiedź: N = 3
Elementy odwrotne i kongruencje: a ma element odwrotny modulo n dokładnie wtedy, gdy NWD(a, n) = 1. Rozszerzony algorytm Euklidesa zapisuje 1 = s·n + t·a, a wtedy a⁻¹ ≡ t (mod n). Kongruencja a·x ≡ b (mod n) przy NWD(a, n) = 1 ma rozwiązanie x ≡ a⁻¹·b. Dwie kongruencje x ≡ r₁ (mod m₁) i x ≡ r₂ (mod m₂) o względnie pierwszych modułach mają jedno rozwiązanie modulo m₁·m₂ (chińskie twierdzenie o resztach). Funkcja φ(n) Eulera zlicza liczby od 1 do n względnie pierwsze z n: φ(n) = n·∏(1 − 1/p).