Contents 1 The Foundations:Logic and Proofs..................................1 1.1 Propositional Logic 1 12 Applications of Propositional Logic 16 Propositional Equivalences ....25 1.4 Predicates andQuantifiers..............................................36 15 Nested Ouantifiers 57 16 Rules of Inference 69 17 Introduction to Proofs 1.8 Proof Methods and Strategy. End-of-Chapter Material .............. .109 2 Basic Structures:Sets,Functions,Sequences,Sums,and Matrices.115 Sets .115 Set Operations... ..127 3 Functions 44.138 24 Sequences and Summations .156 25 Cardinality of Sets 170 2.6 172 End-ofChapter Material.... 3A1 gorithms.… 191 1 Algorithms 191 32 The Growth of Functions.....................204 3.3 Complexity ofAlgorithms 218 End-of-Chapter Material. .232 4 Number Theory and Cryptography................................237 4.1 Divisibility and Modular Arithmetic.. .237 4.2 Integer Representations and Algorithms .245 43 Prin es and Greatest Common Divisor 257 44 4.5 Solving Congruences. Applications of Congruences 4.6 Cryptography.. ,294 End-of-Chapter Material...... .306Contents About the Author vi Preface vii The Companion Website xvi To the Student xvii 1 The Foundations: Logic and Proofs ..................................1 1.1 Propositional Logic ............................................................1 1.2 Applications of Propositional Logic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 1.3 Propositional Equivalences . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 1.4 Predicates and Quantifiers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 1.5 Nested Quantifiers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 1.6 Rules of Inference . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 1.7 Introduction to Proofs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80 1.8 Proof Methods and Strategy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92 End-of-Chapter Material . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109 2 Basic Structures: Sets, Functions, Sequences, Sums, and Matrices . 115 2.1 Sets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115 2.2 Set Operations. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .127 2.3 Functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138 2.4 Sequences and Summations. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156 2.5 Cardinality of Sets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170 2.6 Matrices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177 End-of-Chapter Material . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185 3 Algorithms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191 3.1 Algorithms. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191 3.2 The Growth of Functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204 3.3 Complexity of Algorithms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218 End-of-Chapter Material . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232 4 Number Theory and Cryptography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237 4.1 Divisibility and Modular Arithmetic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237 4.2 Integer Representations and Algorithms. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 245 4.3 Primes and Greatest Common Divisors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 257 4.4 Solving Congruences. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .274 4.5 Applications of Congruences. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 287 4.6 Cryptography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 294 End-of-Chapter Material . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 306 iii