- •А.А. Хусаинов н.Н. Михайлова дискретная математика
- •Введение
- •1. Множества и отношения
- •1.1. Способы задания множеств
- •1.2. Операции и их свойства
- •Предложение. Пусть u – множество. Тогда для любых его подмножеств a, b и c верны равенства:
- •1.3. Решение уравнений с неизвестным множеством
- •1.4. Перечисление подмножеств
- •1.5. Отношения и функции
- •Операции над бинарными отношениями. Бинарным отношением между элементами множеств a и b называется произвольное подмножество r ab. Запись aRb (при a a, b b ) означает, что (a,b) r .
- •Обозначим IdA через Id. Легко видеть, что имеет место следующее
- •Нижняя грань обозначается через . Двойственно, как наименьший элемент множества , определяетсяверхняя грань .
- •Лемма 1. Если конечное частично упорядоченное множество (X,) является нижней полурешеткой и имеет наибольший элемент, то оно будет решеткой.
- •Теорема 1. Пусть X – конечное множество. Множество отношений эквивалентности на X с отношением включения является решеткой.
- •1.7. Математическое моделирование баз данных
- •Определение 1. (1nf) Файл находится в первой нормальной форме, если для него задано некоторое положительное целое число n и последовательность множеств (a1, , An) таких, что
- •Определение 2.
- •Определение 3. (2nf) Файл с первичным ключом находится во второй нормальной форме, если он находится в первой нормальной форме, и для любого атрибут Ak функционально полно зависит от атрибутов .
- •Третья нормальная форма
- •2. Комбинаторика
- •2.1. Размещения
- •2.2. Сочетания
- •Теорема 2. Число сочетаний из n по k равно .
- •Пример 2. Число неубывающих сюръекций n 1 равно .
- •Лемма 1. Пусть - число сочетаний с повторениями изn по k. Тогда равно числу неубывающих функций{1,2, , n-1} {0,1,2, , n}
- •Теорема 7. .
- •Следствие 1. Равно числу неубывающих функций
- •Формула включения и исключения Перечисление элементов объединения подмножеств. Обобщим формулу
- •Теорема 1. (Формула включения-исключения)
- •Теорема 2.
- •2.4. Разбиения
- •Лемма 1. .
- •Теорема 1.
- •Пример 2. Число s(4,2) равно 7, ибо все разбиения множества {1,2,3,4, 5, 6, 7} на два блока исчерпываются следующими:
- •Теорема 2. Имеют место следующие свойства чисел Стирлинга второго рода:
- •Теорема 3. ,n 0 .
- •2.5. Упражнения
- •Упорядоченные разбиения
- •Формула включения и исключения
- •Неупорядоченные разбиения
- •3. Производящие функции
- •3.1. Свойства производящих функций
- •3.2. Разбиения чисел
- •Лемма 1. Число разбиений p(n) равно количеству решений
- •Замечание. Частное от деления любых двух многочленов является производящей функцией некоторой возвратной последовательности, порядок которой равен степени знаменателя.
- •Получаем . Следующий шаг – разложение знаменателяK(X) в произведение (1 1x) (1 2x). В данном случае это можно сделать с помощью формулы Виеты. Поскольку имеют место равенства
- •3.5. Упражнения Свойства производящих функций
- •Решение рекуррентных уравнений
- •4.1. Эйлеровы графы
- •Теорема 1. Граф является эйлеровым тогда и только тогда, когда нечетную степень имеют не более двух вершин.
- •4.2. Простые графы и их свойства
- •Замечание. Теорема Эйлера имеет место и для графов, не являющихся простыми.
- •4.3. Хроматическое число и хроматическая функция графа
- •Теорема 1. Следующие свойства графа равносильны
- •Теорема 3. Хроматическая функция f (q) конечного графа с n вершинами является многочленом степени не более, чем n.
- •Число последовательностей из n-2чисел принадлежащих множеству{1, 2, ∙ ∙ ∙, n}равноnn-2, значит число нумерованных деревьев равноnn-2.
- •Для всякого элемента aa слово a есть терм;
- •В нормальной форме Бэкуса-Наура определение будет следующим:
- •Теорема 1. Числа Каталана равны .
- •4.6. Плоские графы Эйлерова характеристика. Двумерной клеткой мы будем называть часть поверхности, ограниченную некоторым криволинейным многоугольником.
- •Графы Куратовского. Далее мы рассмотрим следующие две задачи.
- •Следствие 1. Граф k5 не плоский.
- •Следствие 2. Граф k3,3 не плоский.
- •Лемма 2. Пусть (V,e) – плоский конечный граф. Тогда существует вершина VV такая, что d(V) 5. Здесь d(V) – степень вершины V.
- •Теорема 4. Для плоского связного графа существует правильная раскраска вершин в 5 цветов.
- •Теорема 5. Пусть p – число вершин, q – число ребер, r – число граней правильного многогранника. Тогда возможен один из следующих случаев, рассмотренных в таблице 4.1.
- •4.7. Упражнения Свойства графов
- •Хроматическое число и хроматическая функция графа
- •20.Найти хроматическую функцию графа An , приведенного на рис. 4.16.
- •Деревья
- •5. Конечные частично упорядоченные множества
- •5.1. Диаграмма Хассе частично упорядоченного множества
- •Пример 1. На рис. 5.1 показана диаграмма Хассе множества p({0,1,2}) подмножеств множества {0,1,2}, упорядоченное отношением .
- •5.2. Функция Мебиуса
- •Определение 1. Функцией Мебиуса : XXz называется функция, определенная по формуле
- •5.3. Формула обращения
- •5.5. Упражнения Диаграмма Хассе
- •Функция Мебиуса
- •Расчетно-графическое задание
- •Пример решения задачи 1
- •Контрольная работа
- •Варианты заданий
- •Примеры решения задачи 1
- •Варианты заданий
- •Пример решения задачи 2
- •Варианты заданий
- •Пример решения задачи 3
- •Варианты заданий
- •Пример решения задачи 4
- •Варианты заданий
- •Пример решения задачи 5
- •Варианты заданий
- •Пример решения задачи 6
- •Варианты заданий
- •Пример решения задачи 7
- •Экзаменационные вопросы и задачи Вопросы
- •Литература
- •Содержание
Теорема 3. ,n 0 .
Доказательство.Множество разбиенийX={1,2,, n+1} состоит из классов, зависящих от блокаAсодержащегоn+1. Для такихAбудет справедливо включениеX\A {1, 2,, n}. Отсюда каждое разбиение можно получить, выбрав блок An+1 и разбиение(X\A). Выбор блокаAс |A|=k+1, будет осуществляться выбором подмножества из {1,2,,n}, состоящего изkэлементов. Следовательно,.
2.5. Упражнения
Размещения
Сколькими способами можно составить трехцветный флаг (рис. 2.4) из материа-
Рис. 2.4. Пример флага
лов семи цветов. Одна из полос должна быть красной.
Ответ: 7363.
Скольким способами можно раскрасить 4 полосы флага в 7 цветов, так, чтобы по крайней мере две полосы имели одинаковый цвет?
Ответ: .
Скольким способами можно раскрасить 4 полосы флага в 7 цветов, так, чтобы рядом находящиеся полосы имели различные цвета?
Ответ: 7∙ 63.
Сколько перестановок : {1,2, ∙∙∙, 5}{1,2, ∙∙∙, 5} удовлетворяют условию(1)2 ?
В соревновании принимают участие 8 спортсменов. Сколькими способами могут быть разделены медали (золотые, серебряные и бронзовые?)
Найти число функций {1,2,3}{1,2,3,4,5}.
Найти число инъекций {1,2,3}{1,2,3,4,5}.
Сколько чисел между 1000 и 10000 состоят из различных цифр?
Сколько семизначных чисел (не начинающихся с 0) состоят из различных цифр?
Сочетания
Доказать тождества непосредственно из определения числа
(1) ,
(2) ,
(3) .
Из содержащей 52 карты колоды вынимают 10 карт. Какова вероятность, что среди них окажется
(1) хотя бы один туз? Ответ:
(2) ровно один туз? Ответ:
(3) не менее двух тузов? Ответ:
(4) ровно два туза? Ответ:
Из содержащей 52 карты колоды вынимают 10 карт. Какова вероятность, что среди них окажется
(1) 4 туза, 2 короля, 3 дамы;
(2) 2 туза, 2 короля, 2дамы;
(3) 1 туз, 1 королm, 2 дамы, 3 десятки;
(4) 4 туза, 4короля,2дамы;
(5) 2туза,3короля,1дама, 1 десятка;
(6) 3 туза, 2 короля, 4 дамы;
Разложением числа mназывается конечная последовательность (x1, x2, , xn) неотрицательных целых чисел, таких чтоx1+ x2+ + xn=m. Сколько разложений числа 19 состоит лишь из чисел 2 и 3 ?
Указание. Если в разложении pдвоек иqтроек, то 2p+ 3q= 19. Отсюда получаем следующие варианты разложения, приведенные в таблице 2.4.
Таблица 2.4
Варианты разложения
-
p=2
q=5
число разложений
p=5
q=3
число разложений
p=8
q=1
число разложений
Ответ:.
Сколько разложений числа 12 состоит из чисел 2 и 3 ?
Ответ: = 12.
Сколькими способами можно разложить число 1024 в произведение трех натуральных чисел, каждое из которых больше 1 ?
Указание. Это число решений уравнения x1+ x2,+ x3= 10, гдеxi>0.
Ответ: = 36.
Сколько существует на плоскости непрерывных путей из точки (0,0) в точку (n,n)NN, состоящих из направленных отрезков, вектора которых равны (1,0) или (0,1) ?
Найти число непрерывных путей в декартовой плоскости, соединяющих точку (0,0) с точкой (m,n) NN, проходящих через точку (p,q) и состоящих из направленных отрезков, вектора которых равны (1,0) или (0,1) ?
Найти число решений уравнения x1+ x2+ x3+ x4 + x5= 20 , гдеxi > 0.
Найти число решений уравнения x1+ x2+ x3+ x4 + x5= 15 , гдеxi 0.
Найти число возрастающих функций {1,2,3,4,5}{1,2,3,4,5,6,7}.
Найти число неубывающих сюръекций {1,2,3,4,5,6,7}{1,2,3,4,5}.
Найти число неубывающих функций {1,2,3,4,5}{1,2,3,4,5}.
Найти количество десятичных неотрицательных целых чисел, состоящих из не более чем nцифр, расположенных в неубывающем порядке (цифра 0 не допускается первой для ненулевых чисел). Например, приn=2, такие числа будут равны
0
1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9,
11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 22, 23, ∙ ∙ ∙ , 89, 99.
Ответ: = 36.
Найти количество десятичных неотрицательных целых чисел, состоящих цифр, расположенных в возрастающем порядке.
Ответ:
Найти число неотрицательных целых чисел, десятичная запись которых состоит из nразрядов и содержит все цифры, расположенные в невозрастающем порядке.
Ответ: .
Какое количество mn–матриц можно составить из неотрицательных целых чиселaij 0, таких что aij = k.
Ответ: .