Нарисуйте диаграмму Венна и по областям решите, что относится к множеству, заданному выражением.
В задачах на подсчёт заполняйте области от центра к краям: сначала все множества, затем пары, затем отдельные множества, затем внешнюю область.
Используйте формулу включений и исключений как проверку: |A ∪ B| = |A| + |B| − |A ∩ B|.
Для отношения проверяйте каждое свойство на каждой паре и приводите один контрпример, если свойство не выполняется.
Для функции посчитайте стрелки, приходящие в каждый элемент B: не более одной означает инъективность, не менее одной — сюръективность.
Теория графов
Лемма о рукопожатиях
Σ deg(v) = 2|E|
Полные графы
|E(Kn)| = n(n − 1)/2, |E(Km,n)| = m·n
Регулярный граф
|E| = n·k/2
Дерево и лес
|E| = n − 1, |E| = n − c
Листья дерева
L = 2 + Σ (deg(v) − 2) over deg(v) ≥ 3
Эйлер
цикл: все степени чётные; путь: ровно две нечётные степени
Гамильтоновы циклы в Kn
(n − 1)!/2
Обновление в алгоритме Дейкстры
d(v) = min(d(v), d(u) + w(u, v))
Маршруты длины L
(Mᴸ)ij
Метод
Запишите степень каждой вершины; сумма степеней равна удвоенному числу рёбер.
В задачах об эйлеровых путях проверьте, что граф связный, и посчитайте вершины нечётной степени.
Для деревьев используйте n − 1 ребро и лемму о рукопожатиях.
В алгоритме Дейкстры ведите таблицу предварительных расстояний и на каждом шаге фиксируйте нефиксированную вершину с наименьшим расстоянием.
Для минимального остовного дерева отсортируйте рёбра по весу и пропускайте каждое ребро, замыкающее цикл (Краскал), либо растите одно дерево из начальной вершины (Прим).
Теория чисел и модульная арифметика
Деление с остатком
a = q·n + r, 0 ≤ r < n
Евклид
gcd(a, b) = gcd(b, a mod b)
Наименьшее общее кратное
lcm(a, b) = a·b/gcd(a, b)
Обратная матрица
a·a⁻¹ ≡ 1 (mod n), gcd(a, n) = 1
Линейное сравнение
a·x ≡ b → x ≡ a⁻¹·b (mod n)
Функция Эйлера
φ(n) = n·∏(1 − 1/p), φ(pᵏ) = pᵏ − pᵏ⁻¹
Ферма
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
Метод
Сначала приведите каждое число по модулю n; остатки лежат от 0 до n − 1.
Для НОД делите с остатком по алгоритму Евклида; последний ненулевой остаток и есть НОД.
Для обратного элемента запустите расширенный алгоритм и возьмите коэффициент при a; если он отрицательный, прибавьте n.
Решайте a·x ≡ b умножением на a⁻¹; два сравнения объединяйте, записывая x = r₁ + m₁k.
Для степеней запишите показатель в двоичном виде и многократно возводите в квадрат; в RSA d = e⁻¹ mod φ(n), где φ(n) = (p − 1)(q − 1).
2Тренировочные задачи
1.Логика высказываний и доказательстваСредняя
Какая формула логически эквивалентна r → p? Нажмите на неё.
r → p
1p → r
2¬r → ¬p
3¬p → ¬r
4¬p ∧ ¬r
2.Логика высказываний и доказательстваСложная
В скольких из 16 строк таблицы истинности (d → ¬(a ∨ ¬b)) ↔ ((c ↔ a) → d) истинно? Обозначим это число N.
(d → ¬(a ∨ ¬b)) ↔ ((c ↔ a) → d)
N =
3.Множества, отношения и функцииСредняя
Каждое число на диаграмме Венна — это число элементов в соответствующей области. Найдите |(A − C)′|.
|U| = 60
|(A − C)′| =
4.Множества, отношения и функцииСложная
Сколько существует антисимметричных отношений на множестве из 2 элементов? Обозначим это число N.
|X| = 2
N =
5.Теория графовСредняя
Связный граф имеет 8 вершин и 13 рёбер. Сколько рёбер, k, нужно удалить, чтобы осталось остовное дерево?
|V| = 8|E| = 13
k =
6.Теория графовСложная
Найдите суммарный вес W минимального остовного дерева взвешенного графа.
|V| = 5|E| = 7
W =
7.Теория чисел и модульная арифметикаСредняя
Найдите наименьшее положительное целое x, для которого x ≡ 1 (mod 4) и x ≡ 2 (mod 9).
x ≡ 1 (mod 4)x ≡ 2 (mod 9)
x =
8.Теория чисел и модульная арифметикаСложная
Сколько решений, N, имеет сравнение 24x ≡ 40 (mod 52) среди {0, 1, …, 51}?
24x ≡ 40 (mod 52)
N =
3Растворы
1.Логика высказываний и доказательства
Ответ: ¬p → ¬r
Логическая эквивалентность: две формулы эквивалентны (≡), если в каждой строке таблицы истинности они имеют одинаковое значение. Тавтология равна 1 в каждой строке, противоречие равно 0 в каждой строке, а нейтральная формула (contingency) — ни то ни другое. Полезные законы: законы де Моргана, ¬(a ∧ b) ≡ ¬a ∨ ¬b и ¬(a ∨ b) ≡ ¬a ∧ ¬b; a → b ≡ ¬a ∨ b ≡ ¬b → ¬a (контрапозиция); ¬(a → b) ≡ a ∧ ¬b; а также законы дистрибутивности, a ∨ (b ∧ c) ≡ (a ∨ b) ∧ (a ∨ c).
Закон
Импликация эквивалентна своей контрапозиции ¬b → ¬a, а не обратному утверждению b → a и не противоположному ¬a → ¬b.
r → p ≡ ¬p → ¬r
Проверка по таблице истинности
p = 1, r = 1: 1 | 1 1 1 0
p = 1, r = 0: 1 | 0 0 1 0
p = 0, r = 1: 0 | 1 1 0 0
p = 0, r = 0: 1 | 1 1 1 1
Ответ
¬p → ¬r
Столбцы после черты — варианты ответа в показанном порядке.
2.Логика высказываний и доказательства
Ответ: N = 6
Таблицы истинности: у формулы с n различными переменными 2ⁿ строк, по одной для каждой комбинации значений истинности (1 = истина, 0 = ложь). Работайте изнутри наружу и отводите каждой подформуле отдельный столбец. ¬a меняет значение на противоположное; a ∧ b равно 1 только тогда, когда оба равны 1; a ∨ b равно 0 только тогда, когда оба равны 0; a → b равно 0 только при a = 1 и b = 0; a ↔ b равно 1, когда обе части равны.
Столбцы
¬b; a ∨ ¬b; ¬(a ∨ ¬b); d → ¬(a ∨ ¬b); c ↔ a; (c ↔ a) → d; (d → ¬(a ∨ ¬b)) ↔ ((c ↔ a) → d)
Разбиение по a
a = 1: 2
a = 0: 4
N = 2 + 4 = 6
Ответ
N = 6
3.Множества, отношения и функции
Ответ: |(A − C)′| = 43
Множества и диаграммы Венна: A ∪ B содержит элементы из A или B (или из обоих), A ∩ B — элементы из обоих, A − B — элементы A, не лежащие в B, а дополнение A′ — всё из U, что не лежит в A. На диаграмме Венна каждое выражение для множеств является объединением областей, поэтому подсчитывайте его по областям. Формула включений и исключений: |A ∪ B| = |A| + |B| − |A ∩ B| и |A ∪ B ∪ C| = |A| + |B| + |C| − |A ∩ B| − |A ∩ C| − |B ∩ C| + |A ∩ B ∩ C|.
Области выражения
A′ ∩ B′ ∩ C′: 4
A′ ∩ B ∩ C′: 4
A′ ∩ B′ ∩ C: 10
A ∩ B′ ∩ C: 12
A′ ∩ B ∩ C: 9
A ∩ B ∩ C: 4
Сложите
|(A − C)′| = 4 + 4 + 10 + 12 + 9 + 4 = 43
Ответ
|(A − C)′| = 43
4.Множества, отношения и функции
Ответ: N = 12
Отношения: отношение R на множестве X — это множество упорядоченных пар (x, y). R рефлексивно, если (x, x) ∈ R для каждого x из X; симметрично, если вместе с (x, y) ∈ R всегда есть (y, x) ∈ R; антисимметрично, если (x, y) и (y, x) одновременно лежат в R только при x = y; и транзитивно, если из (x, y) и (y, z) в R следует (x, z) ∈ R. Отношение эквивалентности рефлексивно, симметрично и транзитивно и разбивает X на непересекающиеся классы.
Посчитайте свободные выборы
N = 22·31 = 12
Ответ
N = 12
5.Теория графов
Ответ: k = 6
Эйлер, Гамильтон и деревья: связный граф имеет эйлеров цикл (каждое ребро один раз, с возвратом в начало), когда все вершины имеют чётную степень, и эйлеров путь, не являющийся циклом, когда ровно две вершины имеют нечётную степень; тогда путь идёт от одной нечётной вершины к другой. Гамильтонов цикл посещает каждую вершину один раз; в Kn их (n − 1)!/2. У дерева на n вершинах n − 1 ребро, а связный граф с m рёбрами сохраняет остовное дерево после удаления m − n + 1 рёбер.
Рёбра остовного дерева
8 − 1 = 7
Рёбра для удаления
k = 13 − 7 = 6
Ответ
k = 6
6.Теория графов
Ответ: W = 32
Кратчайшие пути и остовные деревья: алгоритм Дейкстры фиксирует по одной вершине на шаге: нефиксированную вершину с наименьшим предварительным расстоянием. Её расстояние становится окончательным, а каждый сосед v получает d(v) = min(d(v), d(u) + w(u, v)). Алгоритм Краскала строит минимальное остовное дерево, беря рёбра от лёгких к тяжёлым и пропуская любое ребро, которое замкнуло бы цикл; алгоритм Прима растит одно дерево из начальной вершины, всегда добавляя самое лёгкое ребро, выходящее из него. В остовном дереве на n вершинах n − 1 ребро.
Алгоритм Краскала
BC (2): берём
BD (5): берём
DE (7): берём
CE (11): пропускаем, замыкает цикл
BE (17): пропускаем, замыкает цикл
AC (18): берём
Суммарный вес
W = 2 + 5 + 7 + 18 = 32
Ответ
W = 32
7.Теория чисел и модульная арифметика
Ответ: x = 29
Обратные элементы и сравнения: у a есть обратный по модулю n ровно тогда, когда НОД(a, n) = 1. Расширенный алгоритм Евклида записывает 1 = s·n + t·a, откуда a⁻¹ ≡ t (mod n). Сравнение a·x ≡ b (mod n) при НОД(a, n) = 1 имеет решение x ≡ a⁻¹·b. Два сравнения x ≡ r₁ (mod m₁) и x ≡ r₂ (mod m₂) со взаимно простыми модулями имеют одно решение по модулю m₁·m₂ (китайская теорема об остатках). Функция Эйлера φ(n) считает числа от 1 до n, взаимно простые с n: φ(n) = n·∏(1 − 1/p).
Первое сравнение
x = 1 + 4k
Второе сравнение
1 + 4k ≡ 2 (mod 9) → 4k ≡ 1 (mod 9)
k ≡ 7·1 ≡ 7 (mod 9)
Результат
x = 1 + 4·7 = 29
x = 29
проверка: 29 mod 4 = 1, 29 mod 9 = 2
Ответ
x = 29
8.Теория чисел и модульная арифметика
Ответ: N = 4
Обратные элементы и сравнения: у a есть обратный по модулю n ровно тогда, когда НОД(a, n) = 1. Расширенный алгоритм Евклида записывает 1 = s·n + t·a, откуда a⁻¹ ≡ t (mod n). Сравнение a·x ≡ b (mod n) при НОД(a, n) = 1 имеет решение x ≡ a⁻¹·b. Два сравнения x ≡ r₁ (mod m₁) и x ≡ r₂ (mod m₂) со взаимно простыми модулями имеют одно решение по модулю m₁·m₂ (китайская теорема об остатках). Функция Эйлера φ(n) считает числа от 1 до n, взаимно простые с n: φ(n) = n·∏(1 − 1/p).