Корице уџбеника

10. Задаци

Изабери решење задатка:

Задатак 16

Најважније из лекције

Логика: Искази се повезују везницима (\(\lor, \land, \neg, \Rightarrow, \Leftrightarrow\)). Формула која је увек тачна је таутологија (нпр. Де Морганови закони). Квантификатори \(\forall\) (сваки) и \(\exists\) (неки) се користе за скуповна тврђења.
Скупови: Односи међу скуповима (\(\subseteq, =, \cup, \cap, \setminus, \times\)) се ослањају на логичке законе.
Релације: Дефинисане као подскуп \(A \times A\). Могу бити релације поретка (рефлексивне, антисиметричне, транзитивне) или еквиваленције (рефлексивне, симетричне, транзитивне).
Функције: Специфичне релације које сваком елементу домена додељују тачно један елемент кодомена. Само ако су бијекције ("1-1" и "на"), имају инверзну функцију.
Комбинаторика: Принцип укључења-искључења и принцип производа омогућавају пребројавање елемената или комбинација без директног набрајања.
Исказ је тврдња која може бити само тачна или нетачна.
Истинитосну вредност тачно означавамо са \(\top\), а нетачно са \(\perp\). Вредност исказа \(p\) пишемо као \(\tau(p)\).
Од једноставних исказа градимо сложене користећи логичке везнике:
  • Дисјункција (\(p \lor q\)): "или" - нетачна само ако су оба нетачна.
  • Конјункција (\(p \land q\)): "и" - тачна само ако су оба тачна.
  • Негација (\(\neg p\)): "није" - мења \(\top\) у \(\perp\) и обрнуто.
  • Импликација (\(p \Rightarrow q\)): "ако... онда" - нетачна само када из тачног (\(p\)) следи нетачно (\(q\)).
  • Еквиваленција (\(p \Leftrightarrow q\)): "ако и само ако" - тачна ако искази имају исту истинитосну вредност.
Истинитосне таблице логичких операција:
\[ \begin{array}{|c|c|c|c|c|c|} \hline p & q & p \lor q & p \land q & p \Rightarrow q & p \Leftrightarrow q \\ \hline \top & \top & \top & \top & \top & \top \\ \hline \top & \perp & \top & \perp & \perp & \perp \\ \hline \perp & \top & \top & \perp & \top & \perp \\ \hline \perp & \perp & \perp & \perp & \top & \top \\ \hline \end{array} \]
Ако је исказ \(p\) тачан, а исказ \(q\) нетачан, одредите истинитосну вредност формуле \(p \Rightarrow (p \land q)\).
\(\tau(p) = \top\), \(\tau(q) = \perp\).
Прво решавамо заграду: \(\tau(p \land q) = \top \land \perp = \perp\).
Затим импликацију: \(\tau(p \Rightarrow \perp) = \top \Rightarrow \perp = \perp\).
Одговор: Формула је нетачна (\(\perp\)).
Таутологија је исказна формула која је тачна за све могуће истинитосне вредности исказних слова која у њој учествују.
Важни закони (таутологије):
  • Закон искључења трећег: \(p \lor \neg p\)
  • Modus ponens: \((p \land (p \Rightarrow q)) \Rightarrow q\)
  • Modus tollens: \(((p \Rightarrow q) \land \neg q) \Rightarrow \neg p\)
  • Транзитивност: \(((p \Rightarrow q) \land (q \Rightarrow r)) \Rightarrow (p \Rightarrow r)\)
  • Закон контрапозиције: \((p \Rightarrow q) \Leftrightarrow (\neg q \Rightarrow \neg p)\)
  • Де Морганови закони: \(\neg(p \land q) \Leftrightarrow \neg p \lor \neg q\) и \(\neg(p \lor q) \Leftrightarrow \neg p \land \neg q\)
Метода свођења на апсурд (reductio ad absurdum): Да бисмо доказали да је формула таутологија, претпоставимо супротно (да је нетачна, \(\perp\)). Ако нас та претпоставка доведе до немогуће ситуације (апсурда, нпр. \(p\) је истовремено и \(\top\) и \(\perp\)), закључујемо да је почетна формула сигурно таутологија.
Универзални квантификатор (\(\forall\)): Чита се "за сваки", "било који".
Егзистенцијални квантификатор (\(\exists\)): Чита се "постоји (бар један)", "неки".
Де Морганови закони за квантификаторе:
Негацијом се квантификатори међусобно мењају, а само тврђење се негира.
\(\neg(\forall x)F \Leftrightarrow (\exists x)\neg F\)
\(\neg(\exists x)F \Leftrightarrow (\forall x)\neg F\)
Негација исказа "Сваки природан број је паран" (\((\forall x \in \mathbb{N}) (x \text{ је паран})\)) гласи "Постоји природан број који није паран" (\((\exists x \in \mathbb{N}) \neg(x \text{ је паран})\)).
Скуп је одређен својим елементима. Ознака \(x \in A\) значи да елемент \(x\) припада скупу \(A\). Празан скуп обележавамо са \(\varnothing\).
Подскуп (\(\subseteq\)): \(A \subseteq B\) ако је сваки елемент скупа \(A\) истовремено и елемент скупа \(B\).
Партитивни скуп (\(\mathcal{P}(S)\)): Скуп свих подскупова скупа \(S\).
Операције са скуповима:
  • Пресек (\(A \cap B\)): Елементи који припадају и скупу \(A\) и скупу \(B\).
  • Унија (\(A \cup B\)): Елементи који припадају скупу \(A\) или скупу \(B\) (или оба).
  • Разлика (\(A \setminus B\)): Елементи који припадају скупу \(A\), али не припадају скупу \(B\).
  • Комплемент (\(A^c\)): Сви елементи универзалног скупа који не припадају скупу \(A\).
Приказати три одвојена Венова дијаграма, сваки у оквиру правоугаоног универзалног скупа. Сваки дијаграм треба да садржи два преклапајућа круга. Леви круг представља скуп A, а десни круг скуп B. Центри кругова треба да буду хоризонтално поравнати, са значајним преклапањем. Кругови треба да буду оивичени, а универзални скуп такође.

Први дијаграм приказује операцију 'пресек' (A \(\cap\) B):
Осенчити искључиво заједнички (преклапајући) део кругова A и B.

Други дијаграм приказује операцију 'унија' (A \(\cup\) B):
Осенчити целу површину оба круга, A и B, укључујући и њихов заједнички део.

Трећи дијаграм приказује операцију 'разлика' (A \(\setminus\) B):
Осенчити само онај део круга A који се не преклапа са кругом B (тј., леви, полумесечасти део круга A који је изван круга B).
Ако је \(S = \{1, 2\}\), одреди партитивни скуп \(\mathcal{P}(S)\).
\(\mathcal{P}(S) = \{\varnothing, \{1\}, \{2\}, \{1, 2\}\}\).
Уређени пар \((a, b)\): Пар елемената где је битан редослед. \((a, b) = (c, d) \Leftrightarrow a=c \land b=d\).
Декартов производ (\(A \times B\)): Скуп свих уређених парова \((a, b)\) таквих да \(a \in A\) и \(b \in B\).
Бинарна релација (\(\rho\)): Било који подскуп Декартовог производа \(A \times A\). Записујемо \(x \rho y\) или \((x, y) \in \rho\).
Особине релација:
  • Рефлексивност: \((\forall x) (x \rho x)\)
  • Симетричност: \((\forall x,y) (x \rho y \Rightarrow y \rho x)\)
  • Антисиметричност: \((\forall x,y) (x \rho y \land y \rho x \Rightarrow x = y)\)
  • Транзитивност: \((\forall x,y,z) (x \rho y \land y \rho z \Rightarrow x \rho z)\)
Релација је релација еквиваленције ако је рефлексивна, симетрична и транзитивна (дели скуп на класе еквиваленције).
Релација је релација поретка ако је рефлексивна, антисиметрична и транзитивна.
Функција (\(f: A \to B\)): Правило (релација) које сваком елементу домена \(A\) додељује тачно један елемент кодомена \(B\).
Својства функција:
  • 1-1 (Инјекција): Различити елементи из \(A\) сликају се у различите елементе из \(B\) (\(f(x_1) = f(x_2) \Rightarrow x_1 = x_2\)).
  • На (Сурјекција): Сваки елемент из \(B\) је слика бар једног елемента из \(A\).
  • Бијекција: Функција која је истовремено и "1-1" и "на". Само бијективне функције имају инверзну функцију (\(f^{-1}\)).
Три дијаграма пресликавања помоћу стрелица, поређана хоризонтално један поред другог, илуструју три својства функција. Сваки дијаграм приказује два сета, домен (скуп A) и кодомен (скуп B), представљена као хоризонтално издужени овали или правоугаоници. Елементи унутар сваког скупа су приказани као мале тачке и означени са \(a_1, a_2, \dots\) за скуп A и \(b_1, b_2, \dots\) за скуп B. Стрелице полазе од елемената скупа A и завршавају у елементима скупа B, приказујући пресликавање. Стрелице треба да буду равне или благо закривљене да јасно прикажу везе, избегавајући преклапање.

1.  **Први дијаграм: Инјекција ('1-1' функција).**
    - Скуп A (домен) садржи 3 елемента: \(a_1, a_2, a_3\).
    - Скуп B (кодомен) садржи 4 елемента: \(b_1, b_2, b_3, b_4\).
    - Пресликавање је такво да свака стрелица води у посебан (јединствен) циљ у скупу B. Један елемент скупа B остаје без пресликавања (није 'погођен' стрелицом).
    - Примери пресликавања: \(a_1 \to b_1\), \(a_2 \to b_2\), \(a_3 \to b_3\). Елемент \(b_4\) остаје неискоришћен.
    - Означити дијаграм као 'Инјекција (1-1)'.

2.  **Други дијаграм: Сурјекција ('на' функција).**
    - Скуп A (домен) садржи 4 елемента: \(a_1, a_2, a_3, a_4\).
    - Скуп B (кодомен) садржи 3 елемента: \(b_1, b_2, b_3\).
    - Пресликавање је такво да је сваки циљ у скупу B 'погођен' стрелицом из скупа A. Најмање један елемент скупа B је слика два или више елемената из скупа A.
    - Примери пресликавања: \(a_1 \to b_1\), \(a_2 \to b_2\), \(a_3 \to b_3\), \(a_4 \to b_3\). Елемент \(b_3\) је погођен два пута.
    - Означити дијаграм као 'Сурјекција (На)'.

3.  **Трећи дијаграм: Бијекција.**
    - Скуп A (домен) садржи 3 елемента: \(a_1, a_2, a_3\).
    - Скуп B (кодомен) садржи 3 елемента: \(b_1, b_2, b_3\).
    - Пресликавање је савршено упаривање један-за-један без вишка, што значи да сваки елемент скупа A води у јединствен елемент скупа B, и сваки елемент скупа B је погођен тачно једном стрелицом из скупа A.
    - Примери пресликавања: \(a_1 \to b_1\), \(a_2 \to b_2\), \(a_3 \to b_3\).
    - Означити дијаграм као 'Бијекција'.
Композиција функција: За \(f: A \to B\) и \(g: B \to C\), композиција \(g \circ f\) је функција из \(A\) у \(C\) дефинисана са: \[ (g \circ f)(x) = g(f(x)) \]
Комбинаторика се бави пребројавањем елемената коначних скупова без њиховог директног набрајања.
Принцип укључења-искључења:
За два скупа: \(|A \cup B| = |A| + |B| - |A \cap B|\)
За три скупа: \(|A \cup B \cup C| = |A| + |B| + |C| - |A \cap B| - |B \cap C| - |C \cap A| + |A \cap B \cap C|\)
Принцип производа: Број елемената Декартовог производа једнак је производу броја елемената појединачних скупова: \(|A \times B| = |A| \cdot |B|\). Користи се приликом формирања коначних низова (нпр. шифре, бројеви).
Колико има троцифрених бројева састављених само од непарних цифара (1, 3, 5, 7, 9) код којих се цифре не понављају?
За 1. цифру имамо 5 опција. За 2. цифру остају 4 опције. За 3. цифру остају 3 опције. Укупно: \(5 \cdot 4 \cdot 3 = 60\).

Задаци за вежбање

Лак: Дата су два скупа: \(A = \{1, 2, 3, 4\}\) и \(B = \{3, 4, 5\}\). Одредите \(A \cup B\), \(A \cap B\) и \(A \setminus B\).
Унија (сви елементи без понављања): \(A \cup B = \{1, 2, 3, 4, 5\}\)
Пресек (само заједнички елементи): \(A \cap B = \{3, 4\}\)
Разлика (у \(A\), али не у \(B\)): \(A \setminus B = \{1, 2\}\)
Средњи: У одељењу од 30 ученика, 20 ученика тренира кошарку, а 15 тренира одбојку. Ако сваки ученик тренира бар један од ова два спорта, колико ученика тренира оба спорта?
Користимо принцип укључења-искључења: \(|K \cup O| = |K| + |O| - |K \cap O|\).
Знамо да је укупан број ученика \(|K \cup O| = 30\).
\(30 = 20 + 15 - |K \cap O|\)
\(30 = 35 - |K \cap O| \Rightarrow |K \cap O| = 5\).
Одговор: 5 ученика тренира оба спорта.
Тежак: Дата је релација \(\rho\) на скупу \(\mathbb{Z}\) (цели бројеви) дефинисана са: \(x \rho y \Leftrightarrow x - y\) је дељиво са 3. Докажите да је ово релација еквиваленције.
Морамо проверити три особине:
1. Рефлексивност: За свако \(x\), разлика \(x - x = 0\), а 0 је дељиво са 3. Дакле, \(x \rho x\) важи.
2. Симетричност: Ако је \(x \rho y\), онда је \(x - y = 3k\). Тада је \(y - x = -(x - y) = -3k = 3(-k)\), што је такође дељиво са 3, па важи \(y \rho x\).
3. Транзитивност: Ако је \(x \rho y\) (\(x - y = 3k\)) и \(y \rho z\) (\(y - z = 3m\)). Сабирањем ове две једначине добијамо \((x - y) + (y - z) = 3k + 3m\), односно \(x - z = 3(k + m)\). Ово значи да је \(x - z\) дељиво са 3, па важи \(x \rho z\).
Пошто су испуњена сва три услова, \(\rho\) јесте релација еквиваленције.

Савладај
домаћи
уз хиљаде решења, лекција и тестова: