Diskrétní matematika - přednáška ZS 2024/2025

Zde se průběžně budou objevovat informace k přednášce z diskrétní matematiky.

Pokud hledáte kontakt na mě, tak se podívejte na moji domovskou stránku.

Pokud chcete mít dopředu představu, jaká témata se budou přibližně probírat, můžete se podívat na předchozí běh přednášky v mém podání. (Nicméně nějaké drobné odchylky nejspíš nastanou, mj. proto, že tehdejší běh byl ovlivněný online výukou.)

Doporučená literatura

J. Matoušek, J. Nešetřil, Kapitoly z Diskrétní Matematiky

Odkazy na cvičení (této paralelky)

Pondělí 12:20 a 14:00 v N7 s Klárou Grinerovou

Pondělí 14:00 v N4 s Mikulášem Zindulkou

Pondělí 14:00 v N6 s Petrem Martinkem

Středa 14:00 v N5 s Josefem Tkadlecem

Čtvrtek 14:00 v N4 se mnou

Informace ke zkoušce

K tomu, abyste mohli skládat zkoušku, je potřeba mít zápočet; v případě předtermínu stačí doporučení od cvičícího. (Zápočet nebudu vyžadovat u přihlašování se na zkoušku, ať můžete trochu plánovat, ale je Vaší starostí si zápočet do termínu zkoušky obstarat.)

Těžištěm zkoušky bude písemka na 2 hodiny. Z písemky lze získat známky 1, 2, 3, 3- nebo 4. V případě zisku 1 nebo 4, dostanete známku hned do SISu. V případě zisku 2 nebo 3 se můžete známku pokusit o jeden stupeň vylepšit na následném ústním zkoušení. V případě zisku 3- je ústní zkoušení povinné (pokud nechcete rovnou 4), dá se vylepšit jedině na 3. Pokud dostanete po ústním zkoušení 2 nebo 3, tak se také můžete rozhodnout, že známku nechcete a přijdete na další termín.

Další upozornění:

Vzorovou písemku naleznete zde. Bodování pro tuto konkrétní písemku by bylo 1: 24-30b; 2: 20-23b; 3: 16-19b; 3-: 11-15b; 4: 0-10b. (Pro jiné písemky může být bodování mírně upraveno podle obtížnosti písemky.)

Termíny zkoušek. Vypsané termíny zkoušek naleznete v SISu. Jedná se o termíny: 10. 1. (předtermín), 16. 1., 22. 1., 28. 1., 31. 1., 12. 2. (Speciálně upozorňuji, že v týdnu 3. až 7. 2. k dispozici nejsem.)

Předběžná informace pro předtermín

Vzhledem k tomu, předtermín je den po poslední přednášce, budu se snažit zpřístupnit témata probraná na poslední přádnešce s předstihem. (Musím si to ale ještě trochu rozmyslet.) Budu se tato témata snažit sem dát co nejdříve, ale termín, který mohu garantovat je 7. 1.

Slajdy

Pokud by Vám byly nápomocné, tak na tomto odkazu naleznete slajdy z COVIDového období, kdy přednáška běžela přes zoom. Důrazně ale upozorňuju, že výběr témat se může trochu lišit. Mám v plánu slajdy projít a u průběhu přednášek níže upřesnit, která témata najdete v kterých slajdech. Přesto se nelze na slajdy zcela bezvýhradně spoléhat, zkoušení bude opdovídat tomu, co bylo skutečně předneseno na přednášce.

Průběh přednášek

Přednáška 1 Motivace: kombinatorika, pravděpodobnost a teorie grafů. (Příklady: Problém šatnářky, barvení map.) Základní pojmy a značení: množiny, zmínka potíží při příliš volném pojetí množiny, operace s množinami, další značení (sumy, součiny, celá část). Výroková logika: výrok (intuitivně), logické spojky, kvantifikátory. Příklady důkazů: jednoduchý důkaz přímo, důkaz sporem že odmocnina ze 2 je iracionální.

Přednáška 2 Důkaz matematickou indukcí. Relace: intuitivní motivace, definice kartézského součinu a relace, znázorňování relací. Vlastnosti relací: reflexivita, symetrie a tranzitivita. Relace ekvivalence a třídy ekvivalence. Věta o rozkladu na třídy ekvivalence.

Přednáška 3 Částečná uspořádání: (slabá antisymetrie) a definice částečného uspořádání, částečně uspořádaná množina. Porovnatelé prvky, řetězec a antiřetězec, bezprostřední následník. Hasseův diagram (neformálně). Největší versus maximální prvek (podobně nejmenší a minimální). Věta o dlouhém a širokém. Funkce: definice, obvyklé značení, pár poznámek o funkcích, f(A) a f -1(B). Prostá funkce, funkce na a bijekce. Skládání funkcí a poznámka o skládání relací.

Přednáška 4 Kombinatorické počítání: tvrzení o počtu funkcí, tvrzení o počtu podmnožin, tvrzení o počtu sudých a lichých pdomnožin a tvrzení o počtu prostých funkcí. Permutace, poznámky o jejich zápisu a znázroňování, a ekvivalentní definice. Kombinační čísla, tvrzení o počtu k-prvkových podmnožin, základní vzorečky, binomická věta (důkaz jen náznakem).

Přednáška 5 Byl záskok, Jiří Fiala s Vámi probral (metodou inverzní výuky) princip inkluze a exkluze a problém šatnářky podle materiálů zde. Konkrétně se jedná o: motivační příklad na princip inkluze a exkluze; princip inkluze a exkluze (jako věta); počet permutací bez pevného bodu (motivováno jako substituční šifry bez pevného bodu, známé též jako problém šatnářky).

Přednáška 6 Základy pravděpodobnosti: motivační povídání a příklady. Konečný pravděpodobnostní prostor, jev a elementární jev. Uniformní prostor (všechny elementární jevy mají stejnou pravděpodobnost). Příklad s kartami, podmíněná pravděpodobnost. Příklad: spolehlivost testu a následně Bayesova věta. Nezávislost jevů. Součin pravděpodobnostních prostorů (za pár minut; v plánu zopakovat).

Přednáška 7 Pokračování se součinem pravděpodobnostních prostorů a nezávislost jevů závisejících na různých souřadnicích součinového prostoru (vysvětleno pořádně, ale neplánuju to zkoušet; můžete však použít v příkladech, pokud Vám to bude užitečné). Náhodná veličina, střední hodnota (poznámka o mediánu). Linearita střední hodnoty. Indikátor jevu a počítání s indikátory. Teorie grafů: motivace, definice grafu, standardní kreslení grafů. Důležité třídy grafů: úplné grafy Kn, nezávislé množiny In, kružnice Cn, cesty Pn (délky n), úplné bipartitní grafy Km,n, bipartitní graf obecně.

Přednáška 8 Definice základních grafových pojmů: izomorfismus, značení V(G) a E(G), doplněk, sousednost vrcholů a hran, podgraf a indukovaný podgraf; sled, tah a cesta. Tvrzení říkající, že existence cesty je ekvivalence. Komponenta souvislosti a souvislý graf. Matice sousednosti a věta o počtu sledů. Stupeň vrcholu a skóre grafu. Tvrzení: princip sudosti a důsledek, že počet vrcholů lichého stupně je v konečném grafu sudý (neplatí pro nekonečné grafy). Eulerovské grafy: zatím jen definice uzavřeného eulerovského tahu a eulerovského grafu.

Přednáška 9 Věta: charakterizace eulerovských grafů pomocí souvislosti a sudých stupňů. Orientované grafy: definice orientovaného grafu, vstupní a výstupní stupeň, symetrizace, orientovaný tah (sled, cesta, kružnice), slabá a silná souvislost. Věta o orientovaných eulerovských grafech (důkaz ponechán na cvičení). Náznak aplikace: losovací zařízení neboli cyklické posloupnosti nul a jedniček, které obsahují všechny možné podposlounosti délky k právě jednou. Stromy: strom a list. Tvrzení/lemma o existenci listů.

Přednáška 10 Tvrzení o trhání listů. Věta o ekvivalentních charakterizacích stromů. Kostra, tvrzení o existenci kostry. Rovinné grafy. Spojitá funkce z [0,1] do roviny (definice se nezkouší, a ještě k tomu jsem se v definici přepsal, upozorním na opravu příště). Oblouk.

Přednáška 11 Koncové body oblouku. Narkeslení grafu a rovinné nakreslení. Rovinný graf. Obloukově souvislá množina a stěna (v rovinném nakreslení grafu). Eulerův vzorec pro rovinné grafy. Tvrzení o maximálním možném počtu hran v rovinném grafu. Důležité poznámky: stupně stěn a princip sudosti pro stěny; maximální možný počet hran v rovinných grafech bez trojúhelníků; a důsledek, že každý rovinný graf obshuje vrchol stupně nejvýše 5.