Desenhe um diagrama de Venn e decida, região por região, o que pertence à expressão de conjuntos.
Em problemas de contagem, preencha as regiões do centro para fora: todos os conjuntos, depois os pares, depois cada conjunto sozinho e por fim a parte de fora.
Use a inclusão–exclusão como verificação: |A ∪ B| = |A| + |B| − |A ∩ B|.
Para uma relação, teste cada propriedade em todos os pares e dê um contraexemplo quando ela falhar.
Para uma função, conte as setas que chegam a cada elemento de B: no máximo uma significa injetora, pelo menos uma significa sobrejetora.
Teoria dos grafos
Lema do aperto de mãos
Σ deg(v) = 2|E|
Grafos completos
|E(Kn)| = n(n − 1)/2, |E(Km,n)| = m·n
Grafo regular
|E| = n·k/2
Árvore e floresta
|E| = n − 1, |E| = n − c
Folhas de uma árvore
L = 2 + Σ (deg(v) − 2) over deg(v) ≥ 3
Euler
circuito: todos os graus pares; caminho: exatamente 2 graus ímpares
Circuitos hamiltonianos em Kn
(n − 1)!/2
Atualização de Dijkstra
d(v) = min(d(v), d(u) + w(u, v))
Passeios de comprimento L
(Mᴸ)ij
Método
Anote o grau de cada vértice; a soma dos graus é igual ao dobro do número de arestas.
Em questões de Euler, verifique se o grafo é conexo e conte os vértices de grau ímpar.
Para árvores, use n − 1 arestas e o lema do aperto de mãos.
Em Dijkstra, mantenha uma tabela de distâncias provisórias e fixe a cada rodada o vértice não fixado de menor distância.
Para uma árvore geradora mínima, ordene as arestas por peso e pule toda aresta que feche um ciclo (Kruskal), ou faça crescer uma árvore a partir de um vértice inicial (Prim).
Teoria dos números e aritmética modular
Divisão com resto
a = q·n + r, 0 ≤ r < n
Euclides
gcd(a, b) = gcd(b, a mod b)
Mínimo múltiplo comum
lcm(a, b) = a·b/gcd(a, b)
Inversa
a·a⁻¹ ≡ 1 (mod n), gcd(a, n) = 1
Congruência linear
a·x ≡ b → x ≡ a⁻¹·b (mod n)
Função totiente de 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
Método
Reduza antes todos os números módulo n; os restos ficam entre 0 e n − 1.
Para um mdc, divida repetidamente com o algoritmo de Euclides; o último resto não nulo é o mdc.
Para um inverso, execute o algoritmo estendido e guarde o coeficiente de a; some n se ele for negativo.
Resolva a·x ≡ b multiplicando por a⁻¹; combine duas congruências escrevendo x = r₁ + m₁k.
Para potências, escreva o expoente em binário e eleve ao quadrado repetidamente; no RSA, d = e⁻¹ mod φ(n) com φ(n) = (p − 1)(q − 1).
2Exercícios
1.Lógica proposicional e demonstraçõesMédia
(p ∧ q) → p é uma tautologia, uma contradição ou uma contingência? Clique na sua resposta.
(p ∧ q) → p
1tautologia
2contradição
3contingência
2.Lógica proposicional e demonstraçõesDifícil
Qual afirmação é equivalente a ¬∃x A(x), com a negação movida totalmente para dentro? Clique nela.
¬∃x A(x)
1∃x ¬A(x)
2∀x ¬A(x)
3∃x A(x)
4∀x A(x)
3.Conjuntos, relações e funçõesMédia
Uma pesquisa com 75 pessoas constata que 36 têm um notebook (L), 35 um tablet (T) e 37 um smartwatch (W). 13 têm L e T, 13 têm L e W, 17 têm T e W, e 3 têm os três. Quantos estão em nenhum dos três conjuntos?
|U| = 75
|(L ∪ T ∪ W)′| =
4.Conjuntos, relações e funçõesDifícil
O diagrama de setas mostra uma função f: A → B com A = {1, 2, 3} e B = {a, b, c, d}. Clique na descrição que se aplica a f.
f = {(1, a), (2, d), (3, b)}
1injetora, não sobrejetora
2sobrejetora, não injetora
3bijetora
4nenhuma das duas
5.Teoria dos grafosMédia
Quantos circuitos hamiltonianos diferentes H tem o grafo completo K4? Circuitos que diferem apenas no vértice inicial ou no sentido contam como o mesmo.
K4
H =
6.Teoria dos grafosDifícil
O algoritmo de Kruskal constrói uma árvore geradora mínima. Clique na aresta que ele acrescenta como aresta de número 4; as arestas descartadas não contam.
k = 4
1aresta AB
2aresta BC
3aresta BD
4aresta CE
5aresta DE
6aresta DF
7aresta GB
8aresta GC
9aresta GE
7.Teoria dos números e aritmética modularMédia
Encontre o inverso de 15 módulo 19: o número x com 0 < x < 19 e 15·x ≡ 1 (mod 19).
a = 15n = 19
15−1 mod 19 =
8.Teoria dos números e aritmética modularDifícil
Cifre a mensagem m = 570 com a chave pública RSA (n, e) = (1147, 13). Encontre o texto cifrado c.
n = 1147e = 13m = 570
c =
3Soluções
1.Lógica proposicional e demonstrações
Resposta: tautologia
Equivalência lógica: duas fórmulas são equivalentes (≡) quando têm o mesmo valor em todas as linhas da tabela-verdade. Uma tautologia vale 1 em todas as linhas, uma contradição vale 0 em todas as linhas, e uma contingência não é nenhuma das duas. Leis úteis: De Morgan, ¬(a ∧ b) ≡ ¬a ∨ ¬b e ¬(a ∨ b) ≡ ¬a ∧ ¬b; a → b ≡ ¬a ∨ b ≡ ¬b → ¬a (contrapositiva); ¬(a → b) ≡ a ∧ ¬b; e as leis distributivas, a ∨ (b ∧ c) ≡ (a ∨ b) ∧ (a ∨ c).
Tabela-verdade linha por linha
p = 1, q = 1: p ∧ q = 1, (p ∧ q) → p = 1
p = 1, q = 0: p ∧ q = 0, (p ∧ q) → p = 1
p = 0, q = 1: p ∧ q = 0, (p ∧ q) → p = 1
p = 0, q = 0: p ∧ q = 0, (p ∧ q) → p = 1
Classifique
(p ∧ q) → p: 1, 1, 1, 1
1 em todas as linhas: uma tautologia.
Resposta
tautologia
2.Lógica proposicional e demonstrações
Resposta: ∀x ¬A(x)
Quantificadores e argumentos: ¬∀x P(x) ≡ ∃x ¬P(x) e ¬∃x P(x) ≡ ∀x ¬P(x). Mova a negação para dentro, troque todo quantificador que ela atravessa e negue a fórmula interna com as leis proposicionais, como ¬(a → b) ≡ a ∧ ¬b. Um argumento é válido quando a conclusão vale 1 em toda linha em que todas as premissas valem 1. Uma única linha com premissas verdadeiras e conclusão falsa é um contraexemplo e mostra que o argumento é inválido.
Mova a negação para dentro
¬∃x A(x) ≡ ∀x ¬A(x)
Resposta
∀x ¬A(x)
As outras alternativas mantêm um quantificador inalterado, mudam a ordem dos quantificadores ou negam a fórmula interna de forma errada.
3.Conjuntos, relações e funções
Resposta: |(L ∪ T ∪ W)′| = 7
Conjuntos e diagramas de Venn: A ∪ B contém os elementos que estão em A ou B (ou ambos), A ∩ B os elementos que estão em ambos, A − B os elementos de A que não estão em B, e o complemento A′ tudo em U que não está em A. Num diagrama de Venn toda expressão de conjuntos é uma união de regiões, então conte-a região por região. Inclusão–exclusão: |A ∪ B| = |A| + |B| − |A ∩ B|, e |A ∪ B ∪ C| = |A| + |B| + |C| − |A ∩ B| − |A ∩ C| − |B ∩ C| + |A ∩ B ∩ C|.
Centro e pares
L ∩ T ∩ W: 3
L ∩ T apenas: 13 − 3 = 10
L ∩ W apenas: 13 − 3 = 10
T ∩ W apenas: 17 − 3 = 14
Conjuntos individuais
L apenas: 36 − 10 − 10 − 3 = 13
T apenas: 35 − 10 − 14 − 3 = 8
W apenas: 37 − 10 − 14 − 3 = 10
Resposta
|L ∪ T ∪ W| = 68
|(L ∪ T ∪ W)′| = 75 − 68 = 7
Resposta
|(L ∪ T ∪ W)′| = 7
4.Conjuntos, relações e funções
Resposta: injetora, não sobrejetora
Funções e contagem: uma função f: A → B dá a cada elemento de A exatamente uma imagem em B. f é injetora quando elementos diferentes têm imagens diferentes, sobrejetora quando todo elemento de B é uma imagem, e bijetora quando ambas as condições valem. Com |A| = m e |B| = n há nᵐ funções, n!/(n − m)! injetoras (m ≤ n) e, por inclusão–exclusão, Σ (−1)ᵏ·C(n, k)·(n − k)ᵐ sobrejetoras. |𝒫(A)| = 2ᵐ e |A × B| = m·n.
Injetora?
todo elemento de B é atingido no máximo uma vez → injetora
Sobrejetora?
c não recebe seta → não sobrejetora
Resposta
injetora, não sobrejetora
Resposta
injetora, não sobrejetora
5.Teoria dos grafos
Resposta: H = 3
Euler, Hamilton e árvores: um grafo conexo tem um circuito euleriano (cada aresta uma vez, de volta ao início) quando todo vértice tem grau par, e um caminho euleriano que não é circuito quando exatamente dois vértices têm grau ímpar; o caminho vai então de um vértice ímpar ao outro. Um circuito hamiltoniano visita cada vértice uma vez; Kn tem (n − 1)!/2 deles. Uma árvore com n vértices tem n − 1 arestas, e um grafo conexo com m arestas mantém uma árvore geradora depois de remover m − n + 1 arestas.
Contar
H = (4 − 1)!/2 = 6/2 = 3
Resposta
H = 3
6.Teoria dos grafos
Resposta: aresta CE
Caminhos mínimos e árvores geradoras: o algoritmo de Dijkstra fixa um vértice por rodada: o vértice não fixado com a menor distância provisória. Sua distância torna-se definitiva, e cada vizinho v recebe d(v) = min(d(v), d(u) + w(u, v)). O algoritmo de Kruskal constrói uma árvore geradora mínima tomando as arestas da mais leve para a mais pesada e descartando qualquer aresta que feche um ciclo; o algoritmo de Prim faz crescer uma árvore a partir de um vértice inicial acrescentando sempre a aresta mais leve que sai dela. Uma árvore geradora de n vértices tem n − 1 arestas.
Algoritmo de Kruskal
1. GC (8)
2. BC (9)
3. DE (11)
4. CE (12)
5. DF (14)
6. AB (15)
número da aresta 4
CE
Resposta
aresta CE
7.Teoria dos números e aritmética modular
Resposta: 15−1 mod 19 = 14
Inversos e congruências: a tem inverso módulo n exatamente quando mdc(a, n) = 1. O algoritmo de Euclides estendido escreve 1 = s·n + t·a, e então a⁻¹ ≡ t (mod n). Uma congruência a·x ≡ b (mod n) com mdc(a, n) = 1 tem a solução x ≡ a⁻¹·b. Duas congruências x ≡ r₁ (mod m₁) e x ≡ r₂ (mod m₂) com módulos coprimos têm uma solução módulo m₁·m₂ (teorema chinês do resto). O φ(n) de Euler conta os números de 1 a n que são coprimos com n: φ(n) = n·∏(1 − 1/p).
Algoritmo de Euclides estendido
Cada resto r é escrito como r ≡ t·15 (mod 19).
r = 19, t = 0
r = 15, q = 1, t = 1
r = 4, q = 3, t = −1
r = 3, q = 1, t = 4
r = 1, q = 3, t = −5
Inversa
1 ≡ −5·15 (mod 19)
x = 14
verificação: 15·14 = 210 = 11·19 + 1
Resposta
15−1 mod 19 = 14
8.Teoria dos números e aritmética modular
Resposta: c = 575
Potências modulares e RSA: calcule aᵏ mod n por elevação ao quadrado repetida: escreva k em binário, eleve ao quadrado, reduza a cada passo e multiplique as potências cujo bit é 1. Fermat: aᵖ⁻¹ ≡ 1 (mod p) para um primo p que não divide a, então o expoente pode ser reduzido módulo p − 1. RSA: escolha primos p e q, n = p·q e φ(n) = (p − 1)(q − 1); o expoente público e é coprimo com φ(n), e o expoente privado é d = e⁻¹ mod φ(n). Cifre com c = mᵉ mod n e decifre com m = cᵈ mod n.