
问题集7的解 到期:星期一下午9点,4月4日 问题1每个函数有这些属性的某个子集: 单射满射双射 列定以下函数,简如解释你的推理。 a)函数f:R→R被x)=e定文。 解:这个函数是单射的。因为对于每个x的每个实数值都得一个非负实数值。然而,函 数不是满则的,因为©不会是负值。因此,函数也不是观射的。 b)函数fRR被x)=e定义. 解:函数©对每个×取非负值,因此它是单射、满射和双射的: ()函数ER→R被定文x)=伐+1风x-。 解:这个函数是满射的,因为它是连续的,它趋于+,对于大正数x来说,且对于大负 数而言。区城-©。因此,函数取一个实数值对至少一个x:然而。这个函数不是单射的, 因为它在x1,x0且x】的时候取0。因此,函数也不是双射的, (令S是有20-比特序列的集合,令T是所有的10比特序列的集合,令FS→T肤射每 个20-比特序列到它的前面10个比特。例如: f11110110101101010010)=1111011010 解:这个场数是满射的,因为序列b1babe被陕射到bb2b1ol0.0。然面。这个函数不是单 射的,因为这个序列也映射到bb2b111。结果是,这个函数也不是双射的。 问题2在书架上有20本书安排为一行, ()描述一个从这些书中选择6本书的方式。以便没有两个相邻的书核远中,且15比特的 序列恰好有6个1。 解:存在一个从恰好有6个1的15比特序列到有效书的适择的双射:给出这样的序列,骏 射每个0到意选邦书:每个前面5个1到选择的书紧接着是一本非选择的书,且最后一个1 到一个选择的书。例如这里是一个书和其对应的二值序列的配置: 这择的书是黑色的,注意前面的5个!按照顺序肤射为透择的书和一个非选择的书确保二值 序列映射为一个有效的书的选择。 b)有多少种方式选择6本书,以便浪有两本相邻的书是俊选择的? 解:通过双射规则,这个等于恰好有6个1的15比特序列的个数,由B0kK规则得 其等于: PDF文件使用“pdfFactory Pro”试用版本创建,fineprint,cn
问题集 7 的解 到期:星期一下午 9 点,4 月 4 日 问题 1 每个函数有这些属性的某个子集: 单射 满射 双射 判定以下函数,简短解释你的推理。 (a) 函数 f : Rà R 被 f(x) = e x定义。 解:这个函数是单射的,因为 e x对于每个 x 的每个实数值都得一个非负实数值。然而,函 数不是满射的,因为 e x不会是负值。因此,函数也不是双射的。 (b) 函数 f:RàR + 被 f(x) = e x定义。 解:函数 e x对每个 x 取非负值,因此它是单射、满射和双射的。 (c) 函数 f: RàR 被定义 f(x) = (x + 1)x(x-1)。 解:这个函数是满射的,因为它是连续的,它趋于 +∞,对于大正数 x 来说,且对于大负 数而言,区域-∞。因此,函数取一个实数值对至少一个 x。然而,这个函数不是单射的, 因为它在 x= -1,x=0 且 x=1 的时候取 0。因此,函数也不是双射的。 (d) 令 S 是有 20-比特序列的集合。令 T 是所有的 10-比特序列的集合。令 f: SàT 映射每 个 20-比特序列到它的前面 10 个比特。例如: 解:这个函数是满射的,因为序列 b1b2…b10被映射到 b1b2..b1010..0。然而,这个函数不是单 射的,因为这个序列也映射到 b1b2…b1011..1。结果是,这个函数也不是双射的。 问题 2 在书架上有 20 本书安排为一行。 (a) 描述一个从这些书中选择 6 本书的方式,以便没有两个相邻的书被选中,且 15 比特的 序列恰好有 6 个 1。 解:存在一个从恰好有 6 个 1 的 15 比特序列到有效书的选择的双射:给出这样的序列,映 射每个 0 到非选择书;每个前面 5 个 1 到选择的书紧接着是一本非选择的书,且最后一个 1 到一个选择的书。例如这里是一个书和其对应的二值序列的配置: 选择的书是黑色的。注意前面的 5 个 1 按照顺序映射为选择的书和一个非选择的书确保二值 序列映射为一个有效的书的选择。 (b) 有多少种方式选择 6 本书,以便没有两本相邻的书是被选择的? 解:通过双射规则,这个等于恰好有 6 个 1 的 15 比特序列的个数,由 BookKeeper 规则得 其等于: PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn

151 15 619! 6 问题3回答以下门避,提供简短证明。不是每个问愿能用一个简单得公式被这邦,你也许 必须透入情况分析,明确列举域者其他的方法, 你也许在你的公式中面下了阶乘和二项式系数。 ()在流行19世纪80年代的乐队BANANA我AMA中的字母能被安排多少种不同的方式? 解:由5个A,2个N,1个B,1个R一个M.因此,通过Bookkeeper规则得到总的安 排的数日是: 101 52!1!1!11 从点(00,0)到(1224,36)由多少不同的路径。知果每步争价一个坐标,且另外两个没有 变化? 解:这个是所有这种路径的集合到包括12个X,24个Y,和36个Z的字符串的集合。特 别的我们通过从右到左的字符串。一个X对应于第一个坐标的增加,一个Y增加第二个坚 标,一个Z增如第三个。这些字符申的个数是: 721 1224!361 因此,这就是路径的个数。 ()2n个学生有多少种不同的方式米分对? 解:通过以下的过程分队学生。排列学生,把第一和第二个推断,然后是第三和第四,第五 和第六,等等。学生能够线性到(2个不月的方式。然而,这个通过2”的因子数目上◆因 为我们得到月样的对,如果第一和迪格个学生交换,第三和第四个学生交换等等。进一步说, 我门仍然在数目上鼓的因子超过,因为我们讲得到同样的对,即使假设学生对是序列成 变的,等等。第一个和第二个和第九个和第十个交换。因此,对的个数是: (2n)1 2n.n! (在自然书上,有多少个不同的解是亨于以下方程的: x1+x2+x3+..+x8=100 一个解每个变量x的值的特值。两个解是不同的,如果对于某个变量x的赋予的值是不同 的. 解:存在一个在包括100个零和7个1的序列之间的双射,特别的。了个1把0分成8个片 段。令名是在第个片段中的零的个数。因此,解的个数是: PF文件使用"pdfFactory Pro”试用版本创建w.fineprint.cn
问题 3 回答以下问题,提供简短证明。不是每个问题能用一个简单得公式被选择;你也许 必须进入情况分析,明确列举或者其他的方法。 你也许在你的公式中留下了阶乘和二项式系数。 (a) 在流行 19 世纪 80 年代的乐队 BANANARAMA 中的字母能被安排多少种不同的方式? 解:由 5 个 A,2 个 N,1 个 B, 1 个 R 一个 M。因此,通过 Bookkeeper 规则得到总的安 排的数目是: (b) 从点(0,0,0)到点(12,24,36)由多少不同的路径,如果每步争价一个坐标,且另外两个没有 变化? 解:这个是所有这种路径的集合到包括 12 个 X,24 个 Y,和 36 个 Z 的字符串的集合。特 别的我们通过从右到左的字符串。一个 X 对应于第一个坐标的增加,一个 Y 增加第二个坐 标,一个 Z 增加第三个。这些字符串的个数是: 因此,这就是路径的个数。 (c) 2n 个学生有多少种不同的方式来分对? 解:通过以下的过程分队学生。排列学生,把第一和第二个排断,然后是第三和第四,第五 和第六,等等。学生能够线性到(2n)!个不同的方式。然而,这个通过 2 n 的因子数目上。因 为我们得到同样的对,如果第一和迪格个学生交换,第三和第四个学生交换等等。进一步说, 我们仍然在数目上被 n!的因子超过,因为我们讲得到同样的对,即使假设学生对是序列改 变的,等等。第一个和第二个和第九个和第十个交换。因此,对的个数是: (d) 在自然书上,有多少个不同的解是等于以下方程的: 一个解每个变量 xi 的值的特值。两个解是不同的,如果对于某个变量 xi 的赋予的值是不同 的。 解:存在一个在包括 100 个零和 7 个 1 的序列之间的双射。特别的,7 个 1 把 0 分成 8 个片 段。令 xi是在第 i 个片段中的零的个数。因此,解的个数是: PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn

100+7 7 (©)有多少中不同的方式,可以从2知个物体中选择n个物体,给出2如中的有n个物体是相 同的,其余的n个是不同的T 解:我们能按照知下方式选择个物体,首先,这择不月的树象的子集。然后这择许多相同 元素香要是的总数大袄第一步能被在”种方式种完成,第二步能仅在1步种完成。因此, 存在”个方式速择n个对象。 (田项点V¥,有多少个无向图。如果自图是允许的? n 解:存在(②)】十刀个潜在的边,它们中的每个色许或者也许不能出现在给出的图中。 因此,图的个数是: 2()+n ()有多少种方式使得10个不同的球能被放入到4个不同的盒子种,以便每个盒子获得1, 2,3暖4个球? 解:首光,我们也许把】个球放入每个盒子中。现在的月题是把剩余的6个球放入到4个盒 子中以便没有盒子能获得短过3个球。现在我们回到情况分析。例如。我们能放置3个球到 4 两个盒子中,且0个球到其他的两个盒子中。存在22=6 方式来完成这个。所有的 情况列举如下: distribution of balls of ways 3.3.0,0 4 =6 3.2,1,0 T=24 3,1,1,1 3I=4 2,2,2,0 刀=4 4 2,2,1,1 212=6 因此,存在6+24+4+4+644中方式. 在一行中有15个人行道方块。假设一个球能被抛出,以致于它能瑞在0,1,2或3不 同的人行道方块上,假设每个球总是从左边移动到右边。多少个不同的扔法是可能的。 作为例子,一个2个跳的扔法在以下说明。 PF文件使用"pdfFactory Pro”试用版本创建w.finsprint,cn
(e) 有多少中不同的方式,可以从 2n 个物体中选择 n 个物体,给出 2n 中的有 n 个物体是相 同的,其余的 n 个是不同的? 解:我们能按照如下方式选择 n 个物体。首先,选择不同的对象的子集。然后选择许多相同 元素需要是的总数大袄 n。第一步能被在 2 n种方式种完成,第二步能仅在 1 步种完成。因此, 存在 2 n个方式选择 n 个对象。 (f) 顶点 v1,v2,…,vn有多少个无向图,如果自圈是允许的? 解:存在 个潜在的边,它们中的每个也许或者也许不能出现在给出的图中。 因此,图的个数是: (g) 有多少种方式使得 10 个不同的球能被放入到 4 个不同的盒子种,以便每个盒子获得 1, 2,3 或 4 个球? 解:首先,我们也许把 1 个球放入每个盒子中。现在的问题是把剩余的 6 个球放入到 4 个盒 子中以便没有盒子能获得超过 3 个球。现在我们回到情况分析。例如,我们能放置 3 个球到 两个盒子中,且 0 个球到其他的两个盒子中。存在 方式来完成这个。所有的 情况列举如下: 因此,存在 6+24+4+4+6=44 中方式。 (h) 在一行中有 15 个人行道方块。假设一个球能被抛出,以致于它能蹦在 0,1,2 或 3 不 同的人行道方块上。假设每个球总是从左边移动到右边。多少个不同的扔法是可能的。 作为例子,一个 2 个跳的扔法在以下说明。 解: PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn

15+ )+( 3 ()有多少种不同的方式能使得在红色的骰子,绿色的餐子,和蓝色的酸子上的数字的总和 是15?假段这些餐子是评通的6面酸子 解:我们回到明了的列举法。令R。G,和B是在三个酸子上暴示的数值: R=1,B+G=14-0ways R=2.B+G=13- 0 ways R=3,B+G=12-1way R=4,B+G=11- 2 ways R=5.B+G=10-3ways R=6,B+G=9-4ways 0)在下一年的工作日能被列举为1,2,3,.,300。我最好尽可能地进避。 ·在偶数天,我将说我病了。 ·在3的倍数的天。我将在交通中堵上了, ·在5的倍数的天,我将鞋绝从子下出来。 总共,在末案的年中,我将选霆有多少天? 解:令D:是偶数天集合,D,是3的倍数,D:是5的倍数。我能速避的天的集合是D:UD UD,通过容斥原理,这个集合的大小是: D:UDsUD=D2+Dal+D -D0D-D:0D:-D30Dl +D:ODnD: 300.300300300 300300 300 = 2+3+5-23-25-35+235 =220 问题4使用的果原理来求解以下问题 回正明在X方格中的任何1点中必然存在再个点,北距离最多是√瓦. 解:把n×n分为n单位方块。n+1点中的每个点在一个这些单位方格中,(如果 个点在两个方格的边界上,那么任意把这个点赋予一个方格,》因此,通过鹤果原理,存在 两个点在同样的方格单元中,且这两点的距离最多是√2. )6种不同的显形软糖放在5个罐子种。每种风味有11个显形软糖。正明某个罐子中包局 PDF文件使用“pdfFactory Pro”试用版本创建,fineprint.cn
(i) 有多少种不同的方式能使得在红色的骰子、绿色的骰子、和蓝色的骰子上的数字的总和 是 15?假设这些骰子是普通的 6 面骰子。 解:我们回到明了的列举法。令 R,G,和 B 是在三个骰子上显示的数值。 (j) 在下一年的工作日能被列举为 1,2,3,…,300。我最好尽可能地逃避。 l 在偶数天,我将说我病了。 l 在 3 的倍数的天,我将在交通中堵上了。 l 在 5 的倍数的天,我将拒绝从毯子下出来。 总共,在未来的年中,我将逃避有多少天? 解:令 D2是偶数天集合,D3是 3 的倍数,D5是 5 的倍数。我能逃避的天的集合是 D2 ∪ D3 ∪ D5。通过容斥原理,这个集合的大小是: 问题 4 使用鸽巢原理来求解以下问题。 (a) 证明在 n×n 方格中的任何 n 2 +1 点中必然存在两个点,其距离最多是 解:把 n × n 分为 n 2 单位方块。n 2 +1 点中的每个点在一个这些 n 2 单位方格中。(如果一 个点在两个方格的边界上,那么任意把这个点赋予一个方格。)因此,通过鸽巢原理,存在 两个点在同样的方格单元中。且这两点的距离最多是 (b) 6 种不同的豆形软糖放在 5 个罐子种。每种风味有 11 个豆形软糖。证明某个罐子中包括 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn

至少3个一种风味的豆形软糖,且至少3个其他风味的豆形载需: 解:我们使用修果原理两次,低然存在11个给定风味的豆形软糖。只存在5个罐子。某个 暖子必须至少有111/5[=3个那件风味的豆子。低然存在6种风味和5个罐子,装 个罐子种必煜有两对同样口味的豆子。 (心)任明在30个整数的每个集合种,存在两个的差或着和是5引的倍数。 解:考忠30个整数为的子。认为26个集合0,1,501,2,49,,2526)是的子。映射 整数n到包括nem51的集合。通过鸽巢原理,某两个鸣子(整数a和b)技映射到同样 的鸽更中。因此,或者: am51=bem51,因此a和b的差是51的倍数。 Aem5引+brem5】或者是0或者是51,因此a和b的和是51的倍数。 闻题5一个平衡的括号字符串是一个序列。其左括号和右括号是: 左括号和右括号的数目是相等的】 左括号的个数大于等于右括号的个数,在每个的缓中。 例知: Balanced Not Balanced (0) KO more left than right 0(0) 0)0( fewer left than right in prefix ( 令Cn是右2n个括号的平衡的括号字符串.Ca,C,C,是Catalan数学,这出现一打不同 的计数问题。这里是前面的几个Cn数字: n|012345678910 1112 C.11251442132429143048621679658786208012 a通过列举所有的右至多6个括号的平衡括号字符串验证前面的4个入口。(不要忘记空 字符串), 解:这里是所有的右6个括号的平衡字符串: empty 0 (00 (0 (0(0) (00 (00) (0) (000 因此,Ce=1,C=1,C=2和C3=5,正如表中声明的一样。 PF文件使用"pdfFactory Pro”试用版本创建w.fineprint,n
至少 3 个一种风味的豆形软糖,且至少 3 个其他风味的豆形软糖。 解:我们使用鸽巢原理两次。既然存在 11 个给定风味的豆形软糖,只存在 5 个罐子,某个 罐子必须至少有 个那种风味的豆子。既然存在 6 种风味和 5 个罐子,某 个罐子种必然有两对同样口味的豆子。 (c) 证明在 30 个整数的每个集合种,存在两个的差或者和是 51 的倍数。 解:考虑 30 个整数为鸽子。认为 26 个集合{0},{1,50},{2,49},…,{25,26}是鸽子。映射 整数 n 到包括 n rem 51 的集合。通过鸽巢原理,某两个鸽子(整数 a 和 b)被映射到同样 的鸽巢中。因此,或者: a rem 51 = b rem 51,因此 a 和 b 的差是 51 的倍数。 A rem 51 + b rem 51 或者是 0 或者是 51,因此 a 和 b 的和是 51 的倍数。 问题 5 一个平衡的括号字符串是一个序列,其左括号和右括号是: 左括号和右括号的数目是相等的; 左括号的个数大于等于右括号的个数,在每个前缀中。 例如: 令 Cn是右 2n 个括号的平衡的括号字符串。C0,C1,C2,…是 Catalan 数字,这出现一打不同 的计数问题。这里是前面的几个 Catalan 数字: (a) 通过列举所有的右至多 6 个括号的平衡括号字符串验证前面的 4 个入口。(不要忘记空 字符串)。 解:这里是所有的右 6 个括号的平衡字符串: 因此,C0 = 1, C1 = 1,C2= 2 和 C3 = 5,正如表中声明的一样。 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn

b)从0.O到nn的路径包括向上和向右的步靠是安全的。如果它部能穿越Flaming Chasm of Hideous Death对角边界. Faming Flaming Chasm of hm对 Iideon Ilideous Death Death A Sate Path An Unsate Patth 说明存在恰好一个,个安全的路径,通过描述平衡括号字符串的双射: ()许多计算几何算法,通过分解多边形到有月样顶点的三角形。侧如,这里是一些可能五 边形的三角形。 说明通过描述从三角形到平衡括号字符串的双射有C,个不同的方式来三角化,这个问题是 富有挑战性的:询月你的A如果你遇到困难,) 解:注意到每个非空平衡的括号字符串有形式(αB,因为前面的字符必须是(且必须有一 个)与之对应。因此每个平衡括号字符串能鼓分解为两个更小的字符串日和B。我们将使 用这个事实来遥推地爽射一个平衡的括号学符串到一个三角形。 假设我们有一个没有分解为三角形的+2)五变形和一个平衡括号学符串(@B,我们必须味射 括号字符串到三角形。 选择两个连续的顶点x利和y,表示剩余的顶点。1:它必须是a包括」对个括号和B包 括剩余的n)可寸对,对于某个在0到n1之间的j:使用项点x,y和写画出三角形. P诉文件使用"pdfFactory Pro”试用版本创建w.fineprint,cn
(b) 从(0,0)到(n,n)的路径包括向上和向右的步骤是安全的,如果它部能穿越 Flaming Chasm of Hideous Death 对角边界。 说明存在恰好一个 Cn个安全的路径,通过描述平衡括号字符串的双射。 (c) 许多计算几何算法,通过分解多边形到有同样顶点的三角形。例如,这里是一些可能五 边形的三角形。 说明通过描述从三角形到平衡括号字符串的双射有 Cn 个不同的方式来三角化。这个问题是 富有挑战性的;询问你的 TA 如果你遇到困难。) 解:注意到每个非空平衡的括号字符串有形式(α)β,因为前面的字符必须是( 且必须有一 个 )与之对应。因此每个平衡括号字符串能被分解为两个更小的字符串 α 和 β。我们将使 用这个事实来递推地映射一个平衡的括号字符串到一个三角形。 假设我们有一个没有分解为三角形的(n+2)五变形和一个平衡括号字符串(α)β。我们必须映射 括号字符串到三角形。 选择两个连续的顶点 x 和 y,表示剩余的顶点 v0,..,vn-1。它必须是 α 包括 j 对个括号和 β 包 括剩余的(n-1) –j 对,对于某个在 0 到 n-1 之间的 j。使用顶点 x,y 和 vj 画出三角形。 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn

VA V 40 1 X 这个三角形把多边形分成心+2边和一个n十1)多边形。使用平衡括号字符串ā和B递归地 三角化这些多边形。(令x和y充当在一侧的三角化中的x和y的角色,且令与和y充当在 另一侧的x和y的角色。) 间题6一个错位是一个集合1,2…时的排列x1xx}以至于x+i,对于所有的i: 例知,(2345,1)是一个错位,但是2,1,35.4)不是,因为3出现在第三个位置上,这个问题 的目标是计数错位。 ()让我们首先在计数在{1,2n上的没有错位的计数上工作,令S,是排列x总x的堡 合。以便无一。使用容斥公式表达非错位的个数,根据集合S,…S的交集的大小。 解: ∑18l-∑18ns+∑18n9nS-…±Snsn..n8l 6.1.R 在每个和中,下标是1…中的不同的元素。 )S是多少? 解:存在1在在第1个位置中的12时上的排列和2,…时-的没有限制的组合的双射. 因此,=(o) e IS.nsjl 是什么。这里ij 解:集合s门S包括所有的i在第i个位置j在第j个位置的排列。因此,存在一个 12n-j月的排列,因此SnS|=m-2)! PDF文件使用“pdfFactory Pro”试用版本创建fineprint.cn
这个三角形把多边形分成(j+2)-边和一个(n-j+1)多边形。使用平衡括号字符串α和 β 递归地 三角化这些多边形。 (令 x 和 vj充当在一侧的三角化中的 x 和 y 的角色,且令 vj和 y 充当在 另一侧的 x 和 y 的角色。) 问题 6 一个错位是一个集合{1,2,…,n}的排列(x1,x2,…,xn) 以至于 xi ≠ i,对于所有的 i。 例如,(2,3,4,5,1)是一个错位,但是 (2,1,3,5,4)不是,因为 3 出现在第三个位置上。这个问题 的目标是计数错位。 (a) 让我们首先在计数在{1,2,…n}上的没有错位的计数上工作。令 Si是排列(x1,x2,…,xn)的集 合。以便 xi = i。使用容斥公式表达非错位的个数,根据集合 S1,…,Sn的交集的大小。 解: 在每个和中,下标是{1,…,n}中的不同的元素。 (b) |Si |是多少? 解:存在 i 在在第 i 个位置中的{1,2,…n}上的排列和{1,2,…,n} –i 的没有限制的组合的双射。 因此,|Si | = (n-1)!。 (c) 是什么,这里 i ≠j。 解:集合 Si∩ Sj 包括所有的 i 在第 i 个位置 j 在第 j 个位置的排列。因此,存在一个 {1,2,…n}-{I,j}的排列,因此 |Si∩ Sj | = (n -2 )! PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn

d ISa nSian...nSl 是什么?这里各不相同。 解:有同样的证明得。(-k (e)在部分a中有多少嘎有形式 ISanSn...nSl 解:在个元素得集合中对于每个长元素得自已有一个这样得项。四此。有(风)这样的现 (价结合你的回到到前面的部分,来得到一个对于幸错位数字的表达式。 解: ∑1Sl-∑I8ns+∑8n8ns-±lS,n8n..ns . =()--((a-2+( =任-是+方 + (现在给出一个对情位数字的表达式。 解: .1 … 1 当变为无限的时候,这个表达式区城一个所有排列的常数分数,这个常熟是什么?国 忆: e2=1+x+ 2+ 3! 解: 1/e. Pf文件使用"pdfFactory Pro”试用版本创建w.fineprint,n
(d) 是什么?这里 i1,i2,…,ik各不相同。 解:有同样的证明得, (n-k)!. (e) 在部分(a)中有多少项有形式 ? 解:在 n 个元素得集合中对于每个 k 元素得自己有一个这样得项。因此,有 这样的项。 (f) 结合你的回到到前面的部分,来得到一个对于非错位数字的表达式。 解: (g) 现在给出一个对错位数字的表达式。 解: (h) 当 n 变为无限的时候,这个表达式区域一个所有排列的常数分数。这个常熟是什么?回 忆: 解: 。 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn