在 X = {1, 2, …, 11} 上,当 x ≡ y (mod 3) 时关系 x ~ y 成立。等价类 [10] 中有多少个元素?
X = {1, …, 11}x ~ y ⟺ 3 | (x − y)
|[10]| =
5.图论中等
一个连通图有 17 个顶点和 18 条边。必须去掉多少条边 k 才能剩下一棵生成树?
|V| = 17|E| = 18
k =
6.图论困难
求带权图的最小生成树的总权重 W。
|V| = 6|E| = 8
W =
7.数论与模运算中等
解 7x ≡ 24 (mod 61)。给出满足 0 < x < 61 的解 x。
7x ≡ 24 (mod 61)
x =
8.数论与模运算困难
61 是素数。用费马小定理求 2794892 mod 61。
p = 61k = 94892
2794892 mod 61 =
3溶液
1.命题逻辑与证明
答案: ¬¬b → ¬(c ∨ a)
逻辑等价:两个公式在真值表的每一行取值都相同时,它们是等价(≡)的。重言式在每一行都为 1,矛盾式在每一行都为 0,偶然式则两者都不是。常用定律:德摩根律,¬(a ∧ b) ≡ ¬a ∨ ¬b 和 ¬(a ∨ b) ≡ ¬a ∧ ¬b;a → b ≡ ¬a ∨ b ≡ ¬b → ¬a(逆否命题);¬(a → b) ≡ a ∧ ¬b;以及分配律,a ∨ (b ∧ c) ≡ (a ∨ b) ∧ (a ∨ c)。
蕴涵的各个部分
a = c ∨ a, b = ¬b
逆否命题
¬b → ¬a = ¬¬b → ¬(c ∨ a)
答案
¬¬b → ¬(c ∨ a)
逆否命题与原命题等价,所以证明了它就证明了原命题。
2.命题逻辑与证明
答案: ∃x (¬A(x) ∧ ¬B(x))
量词与论证:¬∀x P(x) ≡ ∃x ¬P(x),¬∃x P(x) ≡ ∀x ¬P(x)。把否定向内移动,交换它经过的每个量词,并用命题逻辑的定律否定内部的公式,例如 ¬(a → b) ≡ a ∧ ¬b。当所有前提为 1 的每一行中结论也为 1 时,论证是有效的。只要有一行前提为真而结论为假,它就是反例,说明论证无效。
把否定移到内部
¬∀x (A(x) ∨ B(x)) ≡ ∃x (¬A(x) ∧ ¬B(x))
答案
∃x (¬A(x) ∧ ¬B(x))
其他选项要么保持某个量词不变,要么改变了量词的顺序,要么错误地否定了内部的公式。
3.集合、关系与函数
答案: k = 2
关系:集合 X 上的关系 R 是由有序对 (x, y) 组成的集合。若对 X 中每个 x 都有 (x, x) ∈ R,则 R 是自反的;若 (x, y) ∈ R 时总有 (y, x) ∈ R,则是对称的;若 (x, y) 和 (y, x) 同时属于 R 仅当 x = y,则是反对称的;若 R 中的 (x, y) 和 (y, z) 必然导出 (x, z) ∈ R,则是传递的。等价关系是自反、对称且传递的,它把 X 分成互不相交的类。
要添加的序对
{(2, 2), (4, 4)}
计数
k = 2
答案
k = 2
4.集合、关系与函数
答案: |[10]| = 4
关系:集合 X 上的关系 R 是由有序对 (x, y) 组成的集合。若对 X 中每个 x 都有 (x, x) ∈ R,则 R 是自反的;若 (x, y) ∈ R 时总有 (y, x) ∈ R,则是对称的;若 (x, y) 和 (y, x) 同时属于 R 仅当 x = y,则是反对称的;若 R 中的 (x, y) 和 (y, z) 必然导出 (x, z) ∈ R,则是传递的。等价关系是自反、对称且传递的,它把 X 分成互不相交的类。
该类
[10] = {1, 4, 7, 10}
|[10]| = 4
答案
|[10]| = 4
5.图论
答案: k = 2
欧拉、哈密顿与树:连通图在每个顶点度数都为偶数时有欧拉回路(每条边经过一次,回到起点),在恰有两个顶点度数为奇数时有不是回路的欧拉通路;此时通路从一个奇度顶点走到另一个奇度顶点。哈密顿回路恰好经过每个顶点一次;Kn 有 (n − 1)!/2 条。n 个顶点的树有 n − 1 条边,有 m 条边的连通图在去掉 m − n + 1 条边后保留一棵生成树。
生成树的边数
17 − 1 = 16
要去掉的边数
k = 18 − 16 = 2
答案
k = 2
6.图论
答案: W = 41
最短路径与生成树:迪杰斯特拉算法每一轮确定一个顶点:暂定距离最小的未确定顶点。它的距离随即成为最终值,并且每个邻点 v 得到 d(v) = min(d(v), d(u) + w(u, v))。克鲁斯卡尔算法按从轻到重的顺序取边并跳过会形成圈的边,从而构造最小生成树;普里姆算法从一个起点出发扩展一棵树,每次加入离开这棵树的最轻的边。n 个顶点的生成树有 n − 1 条边。
克鲁斯卡尔算法
EF (2): 取
BE (3): 取
BC (6): 取
CE (8): 跳过,会形成圈
DE (13): 取
BD (16): 跳过,会形成圈
AB (17): 取
总权重
W = 2 + 3 + 6 + 13 + 17 = 41
答案
W = 41
7.数论与模运算
答案: x = 47
逆元与同余式:a 模 n 有逆元,当且仅当 gcd(a, n) = 1。扩展欧几里得算法把 1 写成 s·n + t·a,于是 a⁻¹ ≡ t (mod n)。当 gcd(a, n) = 1 时,同余式 a·x ≡ b (mod n) 的解为 x ≡ a⁻¹·b。模数互素的两个同余式 x ≡ r₁ (mod m₁) 和 x ≡ r₂ (mod m₂) 在模 m₁·m₂ 下有唯一解(中国剩余定理)。欧拉函数 φ(n) 表示 1 到 n 中与 n 互素的数的个数:φ(n) = n·∏(1 − 1/p)。
7 的逆元
r = 61, t = 0
r = 7, q = 8, t = 1
r = 5, q = 1, t = −8
r = 2, q = 2, t = 9
r = 1, q = 2, t = −26
7−1 ≡ 35 (mod 61)
求解
x ≡ 35·24 = 840 ≡ 47 (mod 61)
校核: 7·47 = 329 ≡ 24 (mod 61)
答案
x = 47
8.数论与模运算
答案: 2794892 mod 61 = 58
模幂与 RSA:用反复平方法计算 aᵏ mod n:把 k 写成二进制,平方,每一步之后取模,并把对应二进制位为 1 的幂相乘。费马:对不整除 a 的素数 p,aᵖ⁻¹ ≡ 1 (mod p),所以指数可以对 p − 1 取模。RSA:选取素数 p 和 q,n = p·q,φ(n) = (p − 1)(q − 1);公钥指数 e 与 φ(n) 互素,私钥指数为 d = e⁻¹ mod φ(n)。用 c = mᵉ mod n 加密,用 m = cᵈ mod n 解密。