Klausur zu Mathematische Grundlagen BachelorStudiengänge der Informatik

Ähnliche Dokumente
Klausur zu Mathematische Grundlagen BachelorStudiengänge der Informatik

Algebraische Grundlagen

4 Kryptologie. Übersicht

Übungen zum Vorkurs Mathematik für Studienanfänger 2009 ***

Grundlagen der Mathematik

Diskrete Strukturen Kapitel 5: Algebraische Strukturen (Gruppen)

Die reellen Zahlen als Äquivalenzklassen rationaler Cauchy-Folgen. Steven Klein

8. Musterlösung zu Mathematik für Informatiker II, SS 2004

Übungen zum Vorkurs Mathematik für Studienanfänger Ein leeres Produkt ist gleich 1, eine leere Summe 0. ***

Lineare Algebra I 5. Tutorium Die Restklassenringe /n

Euklidische Algorithmus, Restklassenringe (Z m,, )

Vorkurs: Mathematik für Informatiker

Mathematische Grundlagen

Primzahlen. Herbert Koch Mathematisches Institut Universität Bonn Die Primfaktorzerlegung. a = st

Skript und Übungen Teil II

Zahlen. Vorlesung Mathematische Strukturen. Sommersemester Zahlen. Zahlen

Nachklausur zu Analysis und Wahrscheinlichkeitsrechnung AI 2

Vorlesung Diskrete Strukturen Gruppe und Ring

Seminar zum Thema Kryptographie

Zentralübung zur Vorlesung Diskrete Strukturen

Modulprüfung BA 04 Mathematik: Grundlagen der Mathematik C: Geometrie, Elementare Algebra und Zahlentheorie LÖSUNGSHINWEISE

Übersichtsblatt Hertrampf/Bahrdt. 1 Mathematische Aussagen. Theoretische Informatik I WS2018/19

Vorkurs: Mathematik für Informatiker

Behauptung: Es gibt unendlich viele Primzahlen.

Übungen zu Zahlentheorie, SS 2008

Vorkurs: Mathematik für Informatiker

Bitte tragen Sie zuerst in Druckschrift Ihren Namen und Ihre Matrikelnummer ein.

Tutorium: Diskrete Mathematik

EINFÜHRUNG IN DIE ALGEBRA Proseminar SS Übungsblatt für den

Musterlösung zur Probeklausur zur Angewandten Diskreten Mathematik

Modulprüfung BA 04 Mathematik: Grundlagen der Mathematik C: Geometrie, Algebra und Zahlentheorie

Vorkurs Mathematik. Prof. Udo Hebisch WS 2017/18

Formale Grundlagen 2008W. Vorlesung im 2008S Institut für Algebra Johannes Kepler Universität Linz

Konstruktion der reellen Zahlen 1 von Philipp Bischo

Kapitel 4. Kapitel 4 Restklassen (die modulo-rechnung)

Kanonische Primfaktorzerlegung

Kanonische Primfaktorzerlegung

Diskrete Mathematik. Sebastian Iwanowski FH Wedel. Kap. 4: Zahlentheorie

1 Körper. Wir definieren nun, was wir unter einem Körper verstehen, und sehen dann, dass es noch andere, ganz kleine Körper gibt:

Übungen zu Zahlentheorie, SS 2017

Vorlesung Mathematik 2 für Informatik

Diskrete Strukturen. Restklassenringe WS 2013/2014. Vorlesung vom 24. Jänner 2014

Diskrete Strukturen 5.9 Permutationsgruppen 168/558 c Ernst W. Mayr

De Morgan sche Regeln

Brückenkurs Mathematik

Tutorium: Diskrete Mathematik

Einführung in Algebra und Zahlentheorie Lösungsvorschläge zur Klausur vom Aufgabe 1 (6 Punkte)

Modulprüfung BA 04 Mathematik: Grundlagen der Mathematik C: Geometrie, Algebra und Zahlentheorie

Modulprüfung BA 04 Mathematik: Grundlagen der Mathematik C: Geometrie, Elementare Algebra und Zahlentheorie

1.2 Eigenschaften der ganzen Zahlen

Elemente der Algebra und Zahlentheorie Musterlösung, Serie 5, Wintersemester vom 21. Januar 2006

Modulprüfung BA 04 Mathematik: Grundlagen der Mathematik C: Geometrie, Algebra und Zahlentheorie

Einführung in die mathematische Logik

Vorlesung Diskrete Strukturen Die natürlichen Zahlen

Kapitel III Ringe und Körper

Übungen zur Vorlesung Einführung in die Mathematik

Einführung in die mathematische Logik

Prüfungsfragen zur Vorlesung Algebra und Diskrete Mathematik. Sommersemester 2018

Hast du auch wirklich versucht, die Aufgaben einmal selbständig zu lösen? Wenn nicht, tue es, bevor du dir die Lösungen anschaust!

Institut für Theoretische Informatik Prof. Dr. J. Müller-Quade. Klausur Hinweise

Mathematik I 1. Scheinklausur

2008W. Vorlesung im 2008W Institut für Algebra Johannes Kepler Universität Linz

4. ggt und kgv. Chr.Nelius: Zahlentheorie (SS 2007) 9

3 Vollständige Induktion

1 Axiomatische Charakterisierung der reellen. 3 Die natürlichen, die ganzen und die rationalen. 4 Das Vollständigkeitsaxiom und irrationale

Grundlegendes der Mathematik

Vorlesung Diskrete Strukturen Die natürlichen Zahlen

Diskrete Mathematik. Sebastian Iwanowski FH Wedel. Kapitel 2: Mengenlehre. Referenzen zum Nacharbeiten:

$Id: ring.tex,v /05/03 15:13:26 hk Exp $

für alle a, b, x, y R.

Diskrete Mathematik. Sebastian Iwanowski FH Wedel. Kapitel 2: Mengenlehre

PRÜFUNG AUS ALGEBRA UND DISKRETE MATHEMATIK F. INF. U. WINF.

Vorkurs Mathematik und Informatik Mengen, natürliche Zahlen, Induktion

Inhalt 2007W. Vorlesung im 2007W

Entscheidungsverfahren mit Anwendungen in der Softwareverifikation

Mengenlehre Zahlbereiche. II Mengenlehre. Propädeutikum Holger Wuschke. 18. September 2018

Kongruenzen und Restklassenringe. 2. Kongruenzen und Restklassenringe

Einführung in die Mathematik (Vorkurs 1 )

Semestralklausur zur Vorlesung Mathematische Strukturen

4.21 Die zahlentheoretischen Bücher VII, VIII und IX der Elemente

G. Dobner/H.-J. Dobner: Lineare Algebra Elsevier Spektrum Akademischer Verlag

3.5 Kryptographie - eine Anwendung der Kongruenzrechnung

Lösungsmenge L I = {x R 3x + 5 = 9} = L II = {x R 3x = 4} = L III = { }

Einführung in die mathematische Logik

Man schreibt auch a b statt a + ( b). Beispiel A = {0,1,2,3} als abelsche Gruppe

Algebraische Strukturen und Verbände

Die rationalen Zahlen. Caterina Montalto Monella

Mathematik-Vorkurs für Informatiker (Wintersemester 2012/13) Übungsblatt 8 (Relationen und Funktionen)

Übungen zur Diskreten Mathematik I Blatt 1

Kapitel 6: Das quadratische Reziprozitätsgesetz

Einführung in das mathematische Arbeiten

Der kleine Satz von Fermat

Paare und Kartesische Produkte

Einleitung. Wir schauen uns einige Probleme an, die wir im Laufe der Vorlesung genauer untersuchen werden.

Kapitel 2. Elementare Zahlentheorie Primfaktorzerlegung

3.5 Ringe und Körper. Diese Eigenschaften kann man nun auch. 1. (R, +) ist eine kommutative Gruppe. 2. Es gilt das Assoziativgesetz bezüglich.

Der chinesische Restsatz mit Anwendung

Diskrete Strukturen Kapitel 2: Grundlagen (Mengen)

Transkript:

Klausur zu Mathematische Grundlagen BachelorStudiengänge der Informatik SS 2016, 16.07.2016 Prof. Dr. Hans-Jürgen Steens Name: Vorname: Matrikelnummer: Die Klausur besteht aus 23 Aufgaben. Es sind maximal 180 Punkte zu erreichen. Es sind alle Hilfsmittel zur selbständigen Bearbeitung erlaubt. Aufgabe 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 Punkte 7 8 9 9 8 5 15 10 6 10 5 3 4 4 10 4 10 10 6 Aufgabe 20 21 22 23 Punkte 12 5 10 10 1

1. Teil: Mengen und mehr... Aufgabe 1: (2 + 2 + 3 Punkte) i) Gegeben seien folgende Mengen ganzer Zahlen: a = {0, 1, 2, 3, 4, 5} b = {1, 3, 5, 7} c = { 1, 2, 3, 4, 5} d = { 1, 3, 5, 7} Berechnen Sie (a b) (c a d b) ii) Bilden Sie die Potenzmengen folgender Mengen: a) {1, 2, 3, 4} b) {1, 2, {1, 2}} Aufgabe 2: (2 + 2 + 4 Punkte) Seien c, b, c Mengen. beweisen Sie folgende Gleichungen: a) (a b) (a c b) = a b b) a (a \ b) = a \ (a b) c) (a \ b) (b \ a) = (a b) \ (a b) Hinweis: Einige dieser Gleichungen können Sie geschickt unter Benutzung schon bewiesener Gleichungen leicht nachweisen (siehe Anhang). Wenn Sie keinen Beweis nden können, können Sie mit Hilfe von Venn-Diagrammen die Gleichungen graphisch darstellen. (Hierfür erhalten Sie dann nur die halbe Punktzahl.) Aufgabe 3 : (9 Punkte) Zur Erinnerung: Eine induktive Menge x ist eine Menge, die folgende Eigenschaft besitzt: x y (y x x {x} x) (Es gibt viele unterschiedliche induktive Mengen.) Wir betrachten nun eine induktive Menge, die u.a. auch das Element {{ }} enthalten möge. Geben Sie noch zwei weitere Elemente an, die in diesem Fall ebenfalls in unserer induktiven Menge enhalten sein müssen. Zusatzfrage: Es gibt eine kleinste induktive Menge. Welche Rolle spielte diese kleinste induktive Menge für uns? 2

Aufgabe 4: (4 + 5 Punkte) Gegeben sei ein einstelliges Prädikat prim auf der Menge der natürlichen Zahlen mit der (üblichen) Bedeutung, dass prim(n) wahr liefert, wenn n eine Primzahl ist. Ein Primzahlzwilling ist eine Primzahl n, für die n + 2 oder n 2 ebenfalls eine Primzahl ist. i) Formulieren Sie diesen Sachverhalt in Prädikatenlogik. Finden Sie also eine prädikatenlogische Formel, die besagt, dass n ein Primzahlzwilling ist unter Benutzung des einstelligen Prädikates prim und der zweistelligen Funkoren + und -. (Hinweis: Hierfür brauchen Sie keine Quantoren.) ii) Formulieren Sie nun die Aussage, dass es unendlich viele Primzahlzwillinge gibt. (Von dieser Aussage weiÿ man noch nicht, ob sie wahr oder falsch ist.) Hinweis für ii): Dass eine Zahlmenge unendlich viele Elemente enthält, lässt sich z.b. so formulieren, dass es zu jeder Zahl aus dieser Menge eine gibt, die gröÿer ist und ebenfalls zu dieser Menge gehört. Hierfür benötigt man Quantoren, um dies in Prädikatenlogik auszudrücken. Aufgabe 5: (8 Punkte) Können sie aus folgender Menge eine boolesche Algebra bilden? {1, 2, 3, 7, 6, 14, 21, 42} wie sieht hier das (verallgemeinerte) und, das (verallgemeinerte) oder und das (verallgemeinerte) nicht aus? (Hinweis: Sie können die gesuchte boolesche Algebra als gekippten Würfel visualisieren. 3

2. Teil: Zahlen, damit ng alles an... Aufgabe 6: (max. 5 Punkte) Beantworten Sie mit eigenen Worten (und dennoch) möglichst exakt die Frage: Wodurch sind die natürlichen Zahlen charakterisert? Aufgabe 7: (2 + 2 + 2 + 4 + 5 Punkte) Gegeben seien folgende Grammatiken: Erste Grammatik: <S> <S> {S} Zweite Grammatik: <S> <S> {S,{S}} Welche der folgenden Ausdrücke können von der ersten und welche von der zweiten Grammatik erzeugt werden (Mehrfachnennungen möglich): a) { } b) {{ }} c) {{, { }}, { }} Geben sie an, in welcher Reihenfolge welche Regel angewendet werden muss, um die jeweiligen Ausdrücke zu erzeugen. Zusatzfragen: Erzeugt die zweite Grammatik die natürlichen Zahlen unserer in der Vorlesungen behandelten Standardimplementierung? Könnte die erste Grammatik eine mögliche alternative Implementierung der natürlichen Zahlen liefern? Aufgabe 8: (4 + 2 + 4 Punkte) i) Beweisen Sie, dass 13 eine irrationale Zahl ist. ii) Beweisen Sie ganz allgemein, dass p für jede Primzahl p eine irrationale Zahl ist. iii) zeigen Sie, dass 6 eine irrationale Zahl ist. Hinweis: Benutzen Sie den Satz, dass eine Primzahl p ein Produkt n m genau dann teilt, wenn p die Zahlen n oder m teilt. 4

Aufgabe 9: (6 Punkte) Berechnen sie den ggt und das kgv der beiden Zahlen 41769 und 22477 nach einem Verfahren Ihrer Wahl. Exkurs in komplexe Zahlen Aufgabe 10: (2 + 2 + 3 + 3 Punkte) Berechnen Sie a) (2 + 3i) + (1 + i) b) (1 i)(2 + 3i) c) 1 + i 1 i d) ( 1 2 + i ) 9 2 Hinweis: Denken Sie bei d) nach. Aufgabe 11: (5 Punkte) ( a b Repräsentieren Sie eine komplexe Zahl a + ib durch eine Matrix b a Rechnen Sie nun nach, dass die Addition und die Multiplikation zweier komplexer Zahlen sich bei dieser Repräsentation synchron verhält zur der Addition und Multiplikation von Matrizen. Sie ( können) zum ( Warmwerden ) als Beispiel (1 i) (2 + 3i) und 1 1 2 3 berechnen und vergleichen. 1 1 3 2 ). 5

3.Teil: Äquivalenzklassen von Zahlen Aufgabe 12: (3 Punkte) Zählen sie die Äquivalenzklassen von Z 13 auf. Aufgabe 13 (max. 4 Punkte): Beschreiben Sie mit eigenen Worten, was man unter der Wohldeniertheit der Operationen auf Äquivalenzklassen versteht. Aufgabe 14: (4 Punkte) Berechnen Sie 2 513 mod 3. Aufgabe 15: (2 + 2 + 3 + 3 Punkte) Welche der folgenden Restklassenringe besitzt eigentliche Nullteiler? a) Z 3 b) Z 4 c) Z 1 3 d) Z 1 24 Geben Sie im Fall der Existenz eines eigentlichen Nullteilers ein Beispiel, und geben Sie eine Begründung für den Fall, dass kein eigentlicher Nulllteiler existiert. 6

4. Teil: Paare und Relationen Aufgabe 16: (4 Punkte) Denieren Sie auf der Menge {1, 2, 3} eine Ordnung, die keine totale Ordnung ist. Aufgabe 17 : (10 Punkte) Können sie folgender Gleichung einen Sinn verleihen? Wenn ja, welchen und auf welche Weise? 2 = (2, 0, 1, 1). 7

5. Teil: Gruppen und was sonst noch so dazugehört Aufgabe 18: (6 + 4 Punkte) Seien (G 1, ) und (G 2, ) zwei (beliebige) Gruppen mit den jeweiligen Trägermengen G 1 und G 2 und den zugehörigen Operationen, die wir mit dem gleichen Symbol notieren wollen. Die jeweiligen neutralen Elemente seien e 1 und e 2. Die jeweiligen Inversen bezeichnen wir jeweils mit der üblichen Potenzschreibweise, also mit g1 1 und g2 1. i) Wir betrachten nun das kartesische Produkt G 1 G 2 = {(g 1, g 2 ) g 1 G 1, g 2 G 2 }. Geben Sie G 1 G 2 eine Gruppenstruktur, d.h. denieren Sie eine Verknüpfung (g 1, g 2 ) (g 1, g 2) = (?,??) so dass die so gebildete Verknüpfung alle Eigenschaften einer Gruppe hat. ii) Wie sieht die entsprechende Gruppentabelle von Z 2 Z 2 aus? Aufgabe 19: (6 Punkte) Können Sie eine Beziehung zwischen der Symmetriegruppe eines Rechtecks und Z 2 Z 2 herestellen? Aufgabe 20: (12 Punkte) Betrachten sie das Verschlüsselungsverfahren RSA. Gegeben seien die Primzahlen p = 31 und q = 13. Berechnen Sie ϕ(n) = phi(p q. Zeigen Sie, dass d = 23 die teilerfremd ist zu ϕ(n) und berechnen Sie das zugehörige (positive) e mit d e + l ϕ(n) = 1 Wie? durch Rückwärtwärtsrechnung des euklischen Algorithmus. Sei (n, e) der öentliche Schlüssel und (n, d) der private Schlüssel. Verschlüsseln Sie nun die Zahl 2 und entschlüsseln Sie das Ergebnis anschlieÿend wieder (das Ergebnis müsste dann wieder die 2 sein). 8

6. Teil: Induktionen Aufgabe 21: (5 Punkte) Beweisen sie mit vollständiger Induktion über n: a n a m = a n+m { 1, n = 0; Dabei ist a n deniert durch a n = a a n 1, n > 0. Aufgabe 22: (5 + 5 Punkte) Beweisen Sie per vollständiger Induktion über n (x 1): a) (1 + x) (1 + x 2 ) (1 + x 4 ) (1 + x 2n ) = 1 x2n+1 1 x ( b) 1 + 1) 1 1 ( 1 + 1 2 ( 1 + 2) 1 ) n 1 = nn 1 n 1 (n 1)! Aufgabe 23: (10 Punkte) Bilden Sie induktiv folgende Mengen f n : {, n = 0; f n = {f n 1 }, n > 0. Bilden sie der Reihe nach f 0, f 1, f 2, f 3. Zeigen Sie per vollständiger Induktion über n: f n 1 f n. Anhang: Gleichungen, die in Aufgabe 2 benutzt werden dürfen. Für alle Mengen a, b gilt: i) a b (a \ b) \ b = a \ b ii) a a \ = a iii) a b a \ b a iv) a b a b a \ b = v) a b a (a \ b) = a \ b vi) a b a (b \ a) = vii) a b a \ (a b) = a \ b. 9