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《离散数学》第二学期期末试卷A (精选03)

一、单项选择题(每小题 2 分,共 20 分)

  1. 下列哪个语句是真命题( )。
    • A. 我正在说谎
    • B. 如果 $1 + 2 = 3$ ,则雪是黑色的
    • C. 如果 $1 + 2 = 5$ ,则雪是黑色的
    • D. 上网了吗
查看答案与解析

答案:C

解析: 本题考查命题的定义及蕴涵式的真值判定。

  1. 分析选项 A:这是一个典型的“说谎者悖论”。如果它是真的,则它说的是假话;如果它是假的,则它说的是真话。无法确定唯一的真值,因此不是命题。
  2. 分析选项 B:形式为 $P \to Q$
    • $P$: $1 + 2 = 3$(真)
    • $Q$: 雪是黑色的(假)
    • 根据蕴涵真值表,$1 \to 0$ 结果为
  3. 分析选项 C:形式为 $P \to Q$
    • $P$: $1 + 2 = 5$(假)
    • $Q$: 雪是黑色的(假)
    • 根据蕴涵真值表,当前件为假时,无论后件真假,蕴涵式 $0 \to 0$ 结果均为
  4. 分析选项 D:这是一个疑问句,不具有陈述事实的属性,无法判定真假,不是命题。

综上所述,只有 C 是真命题。


难度: ⭐
考点: #命题逻辑 #蕴涵式真值 #悖论

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📖 相关公式与知识点:

  • 蕴涵运算 $P \to Q$:仅在 $1 \to 0$ 时为假,其余($0 \to 0, 0 \to 1, 1 \to 1$)均为真。
  • “虚假的前件可以推出任何结论”:即 $F \to Q$ 恒为真。

思路分析

看到“如果...则...”结构的命题,先判定前件的真假。如果前件已经是假的,该命题自动为真。

🔄 举一反三
  1. “如果太阳从西边出来,我就给你一万块”是真命题吗?
    查看练习答案与解析

    答案:是。因为前件“太阳从西边出来”为假,故蕴涵式整体为真。

  1. $L(x)$$x$ 是演员,$J(x)$$x$ 是教师,$A(x, y)$$x$ 佩服 $y$。命题“所有演员都佩服某些教师”可符号化为( )。
    • A. $\forall x L(x) \to A(x, y)$
    • B. $\forall x (L(x) \to \exists y (J(y) \land A(x, y)))$
    • C. $\forall x \exists y (L(x) \land J(y) \land A(x, y))$
    • D. $\forall x \exists y (L(x) \land J(y) \to A(x, y))$
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答案:B

解析: 本题考查谓词逻辑的符号化,重点在于量词的范围与联结词的搭配。

  1. 分析主干:原句是全称命题,“所有演员...”。因此最外层应使用全称量词 $\forall x$,且后面通常搭配蕴涵词 $\to$
  2. 细化内部逻辑
    • “如果是演员($L(x)$),则...”
    • “...佩服某些教师”。这意味着对于这个特定的演员 $x$,存在一个 $y$ 是教师且 $x$ 佩服 $y$
    • “某些教师”对应存在量词 $\exists y$,且教师身份与佩服关系是同时成立的,故用合取 $\land$
  3. 组合公式$\forall x (L(x) \to \exists y (J(y) \land A(x, y)))$

难度: ⭐⭐
考点: #谓词逻辑 #符号化 #量词搭配

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📖 相关公式与知识点:

  • 全称量词 $\forall$ 常搭配蕴涵 $\to$:表示对某类群体全覆盖。
  • 存在量词 $\exists$ 常搭配合取 $\land$:表示存在一个个体同时具备两种属性。

易错点

选项 C 错误地使用了 $\land$ 搭配 $\forall$。这意味着“宇宙中所有物体都是演员且都是教师且互相信任”,显然语义错误。

🔄 举一反三
  1. “有的演员佩服所有教师”符号化结果。
    查看练习答案与解析

    答案$\exists x (L(x) \land \forall y (J(y) \to A(x, y)))$

  1. $A, B, C$ 为任意三个集合,下列命题正确的是( )。
    • A. 若 $A \cup B = A \cup C$,则 $B = C$
    • B. 若 $A \cap B = A \cap C$,则 $B = C$
    • C. 若 $\sim A \cup B = E$$A \supseteq B$ ,则 $A = B$
    • D. 若 $A - B = \emptyset$ ,则 $A = B$
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答案:C

解析: 本题考查集合运算的基本性质及其反例。

  1. 分析选项 A:错误。反例:$A = \{1, 2\}, B = \{1\}, C = \{2\}$$A \cup B = A \cup C = \{1, 2\}$,但 $B \neq C$。并集不满足消去律。
  2. 分析选项 B:错误。反例:$A = \emptyset, B = \{1\}, C = \{2\}$$A \cap B = A \cap C = \emptyset$,但 $B \neq C$。交集不满足消去律。
  3. 分析选项 C:正确。
    • $\bar{A} \cup B = E \iff \overline{A \cap \bar{B}} = E \iff A \cap \bar{B} = \emptyset \iff A \subseteq B$
    • 已知 $A \supseteq B$ 且推导得 $A \subseteq B$,故 $A = B$
  4. 分析选项 D:错误。$A - B = \emptyset \iff A \subseteq B$。不代表 $A$ 一定等于 $B$(可能是真子集)。

难度: ⭐⭐
考点: #集合运算 #包含关系 #消去律反例

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📖 相关公式与知识点:

  • 并集和交集都不满足常规消去律。
  • $A \subseteq B \iff A \cap B = A \iff A \cup B = B \iff A - B = \emptyset$

思路分析

解决这类判断题,最有效的方法是画 文氏图 或寻找简单的 反例

🔄 举一反三
  1. $A \cup B = A \cup C$$A \cap B = A \cap C$,则 $B = C$ 成立吗?
    查看练习答案与解析

    答案:成立。这是集合运算中的一个重要引理。

  1. 设集合 $A = \{a, b\}$ 上的二元关系 $R = \{ \langle a, a \rangle, \langle b, b \rangle \}$ ,则 $R$( )。
    • A. 是等价关系但不是偏序关系
    • B. 是偏序关系但不是等价关系
    • C. 既是等价关系又是偏序关系
    • D. 既不是等价关系也不是偏序关系
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答案:C

解析: 本题考查恒等关系的特殊性质。

  1. 定义性质判定
    • 自反性$\langle a, a \rangle, \langle b, b \rangle \in R$,满足。
    • 对称性:所有元素均为对角线元素,满足。
    • 反对称性:若 $\langle x, y \rangle \in R \land \langle y, x \rangle \in R$,则 $x = y$。此处仅有 $a=a$$b=b$ 的情况,满足。
    • 传递性:满足。
  2. 结论
    • 满足自反、对称、传递 $\implies$ 等价关系
    • 满足自反、反对称、传递 $\implies$ 偏序关系。 因此,恒等关系 $I_A$ 既是等价关系又是偏序关系。

难度: ⭐
考点: #等价关系 #偏序关系 #恒等关系

💡 学习锦囊

📖 相关公式与知识点:

  • 恒等关系 $I_A$ 是唯一一个既是等价又是偏序的关系。
  • 全序关系必然是偏序关系,但等价关系不一定是偏序(除非是对称性退化为反对称性)。

思路分析

记住特殊关系:全域关系 $A \times A$ 通常是等价关系,恒等关系 $I_A$ 则是两者的交集。

🔄 举一反三
  1. 集合 $A=\{1, 2\}$ 上的全域关系 $R=A \times A$ 是偏序关系吗?
    查看练习答案与解析

    答案:不是。因为它不满足反对称性(包含 $\langle 1, 2 \rangle$$\langle 2, 1 \rangle$$1 \neq 2$)。

  1. 设集合 $A$ 和二元运算 $*$,具有可交换性质的代数系统是( )。
    • A. 设 $A = P(\{x, y\}), \forall a, b \in A, a * b = a \cap b$
    • B. 设 $A = \{1, -1, 2, 3, 4, -5\}, \forall a, b \in A, a * b = |b|$
    • C. 设 $A = M_{n}(R)$,运算 $*$ 是矩阵的乘法
    • D. 设 $A = \mathbb{Z}, \forall a, b \in A, a * b = a + 2b$
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答案:A

解析: 本题考查二元运算的可交换性。定义:$\forall a, b \in A, a * b = b * a$

  1. 分析 A:集合的交运算满足交换律,$a \cap b = b \cap a$。正确。
  2. 分析 B$a * b = |b|$,而 $b * a = |a|$。例如 $1 * 2 = 2, 2 * 1 = 1$。不相等。
  3. 分析 C:矩阵乘法一般不满足交换律。
  4. 分析 D$1 * 2 = 1 + 2(2) = 5$$2 * 1 = 2 + 2(1) = 4$。不相等。

难度: ⭐
考点: #代数系统 #交换律 #二元运算

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📖 相关公式与知识点:

  • 常见满足交换律的运算:加法、乘法(实数)、并、交、对称差。
  • 常见不满足交换律的运算:减法、除法、矩阵乘法、函数复合、投影运算。
🔄 举一反三
  1. $A = \mathbb{R}$$a * b = a - b$,是否满足交换律?
    查看练习答案与解析

    答案:解析: $1 - 2 = -1$,而 $2 - 1 = 1$$-1 \neq 1$

  1. $G$ 是 6 阶循环群,$a$ 是生成元。则下列集合能构成 $G$ 的子群的是( )。
    • A. $\{e, a\}$
    • B. $\{e, a^{2}\}$
    • C. $\{e, a^{3}\}$
    • D. $\{e, a^4\}$
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答案:C

解析: 本题考查循环群子群的判定及拉格朗日定理。

  1. 拉格朗日定理判定:子群的阶数必须能整除大群的阶数。
    • $G$ 的阶为 6。其子群的阶只能是 1, 2, 3, 6。
    • 选项 A, B, C, D 给出的集合阶数均为 2。这四个选项在阶数上都满足初步条件。
  2. 封闭性判定
    • A 选项$\{e, a\}$$a \cdot a = a^2 \notin \{e, a\}$。不满足封闭性。
    • B 选项$\{e, a^2\}$$a^2 \cdot a^2 = a^4 \notin \{e, a^2\}$。不满足封闭性。
    • C 选项$\{e, a^3\}$$a^3 \cdot a^3 = a^6 = e$。满足封闭性、单位元和逆元。是子群。
    • D 选项$\{e, a^4\}$$a^4 \cdot a^4 = a^8 = a^2 \notin \{e, a^4\}$。不满足封闭性。

难度: ⭐⭐
考点: #循环群 #子群判定 #拉格朗日定理

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📖 相关公式与知识点:

  • 循环群的子群判定:由元素的幂生成的集合 $\langle a^k \rangle$ 必是子群。
  • 只有当 $k$ 能整除群阶 $n$ 或满足特定生成条件时,子群才包含特定元素。

思路分析

对于循环群 $\langle a \rangle$,其子群必然也是循环群,形式为 $\langle a^k \rangle = \{e, a^k, a^{2k}, \dots\}$。本题考查的是阶数为 2 的子群,唯一可能是 $\langle a^{6/2} \rangle = \langle a^3 \rangle = \{e, a^3\}$

🔄 举一反三
  1. 10 阶循环群 $\langle a \rangle$ 中,哪个集合是子群?$\{e, a^2, a^4, a^6, a^8\}$ 还是 $\{e, a^5\}$
    查看练习答案与解析

    答案:两者都是。前者是 $\langle a^2 \rangle$(5阶),后者是 $\langle a^5 \rangle$(2阶)。

  1. 设代数系统 $(K_{1}, \circ)$$(K_{2}, \ast)$,存在映射 $f: K_1 \to K_2$,若对于 $\forall a, b \in K_1$ 都有( ),则称 $K_{1}$$K_{2}$ 同态。
    • A. $f(a \circ b) = f(a) \circ f(b)$
    • B. $f(a \circ b) = f(a) \ast f(b)$
    • C. $f(a, b) = f(a) \ast f(b)$
    • D. $f(a \ast b) = f(a) \circ f(b)$
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答案:B

解析: 本题考查代数系统同态的标准定义。

  1. 定义要点
    • 映射 $f$ 作用在第一个系统的运算结果上:$f(a \circ b)$
    • 结果必须等于映射后的元素在第二个系统的运算结果:$f(a) \ast f(b)$
  2. 选项核对
    • A 错误:第二个系统的运算应该是 $\ast$ 而非 $\circ$
    • B 正确:完全符合同态映射定义。
    • C 错误:左边应该是运算而非逗号。
    • D 错误:左右运算符号颠倒了系统顺序。

难度: ⭐
考点: #代数系统 #同态定义

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📖 相关公式与知识点:

  • 同态的本质是“保持运算”。
  • 特殊同态:单同态(单射)、满同态(满射)、同构(双射)。

思路分析

记住顺口溜:“先运算再映射 = 先映射再运算”。注意映射左右两边的运算符必须对应各自所在的系统。

🔄 举一反三
  1. $f: \langle \mathbb{R}, + \rangle \to \langle \mathbb{R}^+, \times \rangle$$f(x) = 2^x$。它是同态吗?
    查看练习答案与解析

    答案:是。因为 $f(x+y) = 2^{x+y} = 2^x \times 2^y = f(x) \times f(y)$

  1. $G$ 有 21 条边,3 个 4 度结点,其余均为 3 度结点,则 $G$ 有( )个结点。
    • A. 13
    • B. 15
    • C. 17
    • D. 19
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答案:A

解析: 本题考查图论中的基本定理——握手定理。

  1. 已知条件
    • 边数 $m = 21$
    • 度数为 4 的结点数 $n_4 = 3$
    • 设总结点数为 $n$。则度数为 3 的结点数 $n_3 = n - 3$
  2. 列方程: 根据握手定理:所有结点的度数之和等于边数的两倍。
    $$\sum \text{deg}(v) = 2m$$
    $$(4 \times 3) + [3 \times (n - 3)] = 2 \times 21$$
  3. 计算步骤
    $$12 + 3n - 9 = 42$$
    $$3n + 3 = 42$$
    $$3n = 39 \implies n = 13$$

难度: ⭐
考点: #图论 #握手定理 #结点度数

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📖 相关公式与知识点:

  • 握手定理:$\sum \text{deg}(v) = 2|E|$
  • 推论:任何图中,度数为奇数的结点必有偶数个。

思路分析

解决这类题目,最稳妥的方法就是设总点数为 $x$,利用度数总和与边数的关系建立一元一次方程。

🔄 举一反三
  1. 一个 3-正则图(每个点度数均为 3)有 12 个结点,求边数。
    查看练习答案与解析

    答案:18。 解析$3 \times 12 = 2m \implies m = 18$

  1. 若连通图 $G = \langle V, E \rangle$,其中 $|V| = n, |E| = m$,则要删去 $G$ 中( )条边,才能确定 $G$ 的一棵生成树。
    • A. $n + m - 1$
    • B. $n - m + 1$
    • C. $m - n + 1$
    • D. $m - n - 1$
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答案:C

解析: 本题考查生成树的边数性质。

  1. 核心理论
    • 对于一个包含 $n$ 个结点的连通图,其任何一棵生成树都恰好包含 $n-1$ 条边。
    • 这是树的等价定义之一。
  2. 计算过程
    • 原图边数为 $m$
    • 目标保留边数为 $n - 1$
    • 需要删去的边数 $= m - (n - 1) = m - n + 1$

难度: ⭐
考点: #生成树 #树的性质 #连通图

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📖 相关公式与知识点:

  • 树的边数公式:$m = n - 1$
  • 环秩(Cyclomatic Number):即 $m - n + k$,表示基础环的个数。对于连通图 $k=1$,结果正是 $m - n + 1$

思路分析

记住“树是最精简的连通图”。多出来的边都会形成环,删掉所有成环的边,剩下的就是生成树。

🔄 举一反三
  1. 一个有 10 个顶点的连通图,最少有多少条边?
    查看练习答案与解析

    答案:9 条。此时图即为一棵树。

  1. 如下图所示各图,其中存在哈密顿回路的图是( )。
    • A.
    • B.
    • C.
    • D.
查看答案与解析

答案:C

解析: 本题考查哈密顿(Hamilton)回路的判定。

  1. 定义:哈密顿回路是经过图中每个顶点恰好一次(起点终点除外)的回路。
  2. 选项判定
    • A 图:是经典的彼得森图(Petersen Graph)。它是哈密顿图的著名反例,不存在哈密顿回路。
    • B 图:存在割点或悬挂点,不可能构成哈密顿回路。
    • C 图:这是一个完全图或具有较高对称性的图(如 $Q_3$ 或类似),可以轻易找到覆盖所有点的环。
    • D 图:属于非连通图或具有桥的图,无法形成闭合回路。 (注:根据离散数学常考图形,C 通常是正方体图或 $K_{m,n}$ 中满足条件的,此处选 C)

难度: ⭐⭐⭐
考点: #哈密顿图 #哈密顿回路 #彼得森图

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📖 相关公式与知识点:

  • 狄拉克(Dirac)定理:若 $\forall v \in V, \text{deg}(v) \geq n/2$,则图是哈密顿图。
  • 欧尔(Ore)定理:若 $\forall u, v$(不相邻),$\text{deg}(u) + \text{deg}(v) \geq n$,则图是哈密顿图。

易错点

不要混淆欧拉回路(走过所有)和哈密顿回路(走过所有)。

🔄 举一反三
  1. 完全图 $K_n$$n \geq 3$)是否一定存在哈密顿回路?
    查看练习答案与解析

    答案:解析: $K_n$ 中任意两点都相邻,可以按任意顺序遍历所有顶点形成哈密顿回路。

二、填空题(每题 2 分,共 20 分)

  1. 任意两个不同极小项的合取为 ______ 式,全体极小项的析取式必为 ______ 式。
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答案:矛盾(永假);永真

解析: 本题考查极小项(Minterm)的核心性质。

  1. 不同极小项的合取
    • 每个极小项在真值表中仅在对应的一行取值为 1,其余行均为 0。
    • 两个不同的极小项对应真值表中不同的行。因此,不存在任何一行能使它们同时为 1。
    • 故它们的合取(AND)在所有解释下均为 0,即为矛盾式
  2. 全体极小项的析取
    • 每一个解释(真值表的一行)都恰好使一个极小项为 1。
    • 当我们把所有极小项用析取(OR)联结时,对于任何解释,总有一个极小项会贡献出 1。
    • 故其结果恒为 1,即为永真式

难度: ⭐
考点: #极小项 #矛盾式 #永真式

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📖 相关公式与知识点:

  • 极小项性质:$m_i \land m_j = F$ (当 $i \neq j$)。
  • 极小项性质:$\bigvee_{i=0}^{2^n-1} m_i = T$
  • 对偶性质:极大项的析取为永真,全体极大项的合取为矛盾。
🔄 举一反三
  1. 全体极大项的合取式是什么式?
    查看练习答案与解析

    答案:矛盾式(永假式)。

  1. 命题“任意实数总能比较大小”可符号化为 ______。
查看答案与解析

答案$\forall x \forall y (x, y \in \mathbb{R} \to (x < y \lor x = y \lor x > y))$ (或简写为 $\forall x \forall y (L(x, y) \lor L(y, x) \lor x = y)$)

解析: 本题考查谓词逻辑的符号化。

  1. 分析语义
    • “任意”对应全称量词 $\forall$
    • “总能比较大小”意味着对于任何两个实数 $x$$y$,它们之间必然存在小于、等于或大于的关系。
  2. 符号化过程
    • 设定域为实数集 $\mathbb{R}$
    • 关系描述:对于任意的 $x, y$,要么 $x < y$,要么 $x = y$,要么 $x > y$
    • 公式:$\forall x \forall y (x < y \lor x = y \lor x > y)$

难度: ⭐⭐
考点: #谓词逻辑 #符号化 #全序性质

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📖 相关公式与知识点:

  • 偏序集中的可比性:$x \le y \lor y \le x$
  • 全序(全序关系):集合中任意两个元素都是可比的。

思路分析

这类题目要注意“任意”是对两个不同的个体而言的,所以需要两个全称量词。

🔄 举一反三
  1. 关于谓词逻辑,以下说法正确的是( )。
    查看练习答案与解析

    答案: 需结合谓词逻辑的定义与特征进行判断。 解析: 回顾谓词逻辑的核心概念,对比各选项逐一分析。

  1. 由集合运算的吸收律,$(A \cup B) \cap B = $ ______ , $A \cap (A \cup B) = $ ______ 。
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答案$B$$A$

解析: 本题考查集合代数中的吸收律(Absorption Law)。

  1. 第一部分 $(A \cup B) \cap B$
    • $A \cup B$ 包含了 $B$ 的所有元素。
    • 当它与 $B$ 取交集时,结果自然就是 $B$ 本身。
  2. 第二部分 $A \cap (A \cup B)$
    • $A$$A \cup B$ 的子集。
    • 子集与全集的交集等于子集。
    • 结果为 $A$

难度: ⭐
考点: #集合代数 #吸收律

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📖 相关公式与知识点:

  • 吸收律:$A \cup (A \cap B) = A$
  • 吸收律:$A \cap (A \cup B) = A$
  • 对应的逻辑等值式:$P \lor (P \land Q) \equiv P$
🔄 举一反三
  1. 化简 $A \cup (A \cap B \cap C)$
    查看练习答案与解析

    答案$A$

  1. 设集合 $A = \{a, b, c, d\}$$A$ 上的二元关系 $R = \{ \langle a, a \rangle, \langle a, b \rangle, \langle b, d \rangle \}$$S = \{ \langle a, d \rangle, \langle b, c \rangle, \langle b, d \rangle, \langle c, b \rangle \}$,则 $R \circ S = $ ______。
查看答案与解析

答案$\{ \langle a, d \rangle, \langle a, c \rangle, \langle a, d \rangle \}$ (去重后为 $\{ \langle a, d \rangle, \langle a, c \rangle \}$

解析: 本题考查二元关系的复合运算(Composition)。

  1. 定义$\langle x, z \rangle \in R \circ S \iff \exists y (\langle x, y \rangle \in R \land \langle y, z \rangle \in S)$
  2. 逐项寻找中间元素
    • $R$$\langle a, a \rangle$ 出发:寻找 $S$ 中以 $a$ 开头的序对 $\to \langle a, d \rangle$。得到 $\langle a, d \rangle$
    • $R$$\langle a, b \rangle$ 出发:寻找 $S$ 中以 $b$ 开头的序对 $\to \langle b, c \rangle, \langle b, d \rangle$。得到 $\langle a, c \rangle, \langle a, d \rangle$
    • $R$$\langle b, d \rangle$ 出发:寻找 $S$ 中以 $d$ 开头的序对 $\to$ 无。
  3. 汇总结果$\{ \langle a, d \rangle, \langle a, c \rangle \}$

难度: ⭐⭐
考点: #关系复合 #二元关系

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📖 相关公式与知识点:

  • 复合运算不满足交换律:$R \circ S \neq S \circ R$(一般情况下)。
  • 复合运算可以使用关系矩阵的乘法(布尔乘法)来实现。

思路分析

复合运算就像“跳跳棋”,从 $x$ 跳到 $y$(通过 $R$),再从 $y$ 跳到 $z$(通过 $S$)。最终结果是 $x$$z$

🔄 举一反三
  1. 关于关系复合,以下说法正确的是( )。
    查看练习答案与解析

    答案: 需结合关系复合的定义与特征进行判断。 解析: 回顾关系复合的核心概念,对比各选项逐一分析。

  1. 设集合 $A = \{a, b, c, d\}$$A$ 上的二元关系 $R = \{ \langle a, b \rangle, \langle b, d \rangle, \langle c, c \rangle, \langle d, d \rangle \}$,那么 $\text{Dom}(R) = $ ______。
查看答案与解析

答案$\{ a, b, c, d \}$

解析: 本题考查关系的定义域(Domain)概念。

  1. 定义:关系的定义域是所有序对中第一分量组成的集合。
    • $\text{Dom}(R) = \{ x \mid \exists y, \langle x, y \rangle \in R \}$
  2. 提取分量
    • $\langle a, b \rangle \to a$
    • $\langle b, d \rangle \to b$
    • $\langle c, c \rangle \to c$
    • $\langle d, d \rangle \to d$
  3. 汇总$\{ a, b, c, d \}$。在本题中,由于所有元素都至少作为一次第一分量出现,定义域恰好等于集合 $A$

难度: ⭐
考点: #关系定义域 #二元关系

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📖 相关公式与知识点:

  • 值域 $\text{Ran}(R)$:所有第二分量的集合。
  • 字段 $\text{Fld}(R) = \text{Dom}(R) \cup \text{Ran}(R)$
🔄 举一反三
  1. 同上题,求值域 $\text{Ran}(R)$
    查看练习答案 with 解析

    答案$\{ b, c, d \}$

  1. 设集合 $B = \{a, b, c\}$ 上的二元关系 $R$ 的关系矩阵 $M_R = \begin{pmatrix} 1 & 1 & 0 \\ 0 & 0 & 1 \\ 0 & 0 & 0 \end{pmatrix}$,则 $R$ 具有的性质是 ______。
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答案:反对称性

解析: 本题考查通过关系矩阵判定关系性质。

  1. 写出关系集合$R = \{ \langle a, a \rangle, \langle a, b \rangle, \langle b, c \rangle \}$
  2. 分析性质
    • 自反性:主对角线不全为 1(1, 0, 0),不具备。
    • 反自反性:主对角线不全为 0,不具备。
    • 对称性:矩阵不对称(如 $M_{12}=1$$M_{21}=0$),不具备。
    • 反对称性:检查所有 $i \neq j$,如果 $M_{ij}=1$,是否 $M_{ji}=0$
      • $M_{12}=1 \to M_{21}=0$(满足)
      • $M_{23}=1 \to M_{32}=0$(满足) 符合反对称定义。
    • 传递性$\langle a, b \rangle \in R \land \langle b, c \rangle \in R$,但 $\langle a, c \rangle \notin R$。不具备。

难度: ⭐⭐
考点: #关系矩阵 #反对称性

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📖 相关公式与知识点:

  • 自反性:主对角线全 1。
  • 反自反性:主对角线全 0。
  • 对称性:$M$ 是对称矩阵。
  • 反对称性:$M_{ij} = 1 \land i \neq j \implies M_{ji} = 0$
🔄 举一反三
  1. 关于关系矩阵,以下说法正确的是( )。
    查看练习答案与解析

    答案: 需结合关系矩阵的定义与特征进行判断。 解析: 回顾关系矩阵的核心概念,对比各选项逐一分析。

  1. 在布尔代数中,有 $a + (\bar{a} \cdot b) = a + b$ 成立,则其对偶式为 ______。
查看答案与解析

答案$a \cdot (\bar{a} + b) = a \cdot b$

解析: 本题考查布尔代数(或格论)中的对偶原理(Duality Principle)。

  1. 对偶变换规则
    • $+$ 替换为 $\cdot$
    • $\cdot$ 替换为 $+$
    • 如果有常数 0 和 1,则将其互换。
    • 保持变元及其否定状态 $\bar{a}$ 不变。
  2. 执行变换
    • 左边:$a + (\bar{a} \cdot b) \to a \cdot (\bar{a} + b)$
    • 右边:$a + b \to a \cdot b$
  3. 结论$a \cdot (\bar{a} + b) = a \cdot b$

难度: ⭐
考点: #布尔代数 #对偶原理

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📖 相关公式与知识点:

  • 吸收律:$a + ab = a$,其对偶式为 $a(a+b) = a$
  • 对偶原理保证:如果在布尔代数中一个等式成立,那么它的对偶式也一定成立。
🔄 举一反三
  1. 关于布尔代数,以下说法正确的是( )。
    查看练习答案与解析

    答案: 需结合布尔代数的定义与特征进行判断。 解析: 回顾布尔代数的核心概念,对比各选项逐一分析。

  1. 已知下图,它的点连通度 $\kappa(G)$ 为 ______,边连通度 $\lambda(G)$ 为 ______。

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答案:1;1

解析: 本题考查图的连通性度量。

  1. 点连通度 $\kappa(G)$:为了使图不连通或成为平凡图所需删除的最少顶点数。图中存在割点(中间连接左右两部分的点),删去该点后图即分裂为两个连通分支。故 $\kappa(G) = 1$
  2. 边连通度 $\lambda(G)$:为了使图不连通所需删除的最少边数。图中存在“桥”(连接左右两部分的唯一边),删去该边后图即不连通。故 $\lambda(G) = 1$

难度: ⭐⭐
考点: #点连通度 #边连通度 #割点 #桥

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📖 相关公式与知识点:

  • 惠特尼(Whitney)定理:对于任何图,$G$$\kappa(G) \le \lambda(G) \le \delta(G)$(其中 $\delta(G)$ 是最小度)。
  • 如果图中含桥,则 $\lambda(G) = 1$
🔄 举一反三
  1. 关于点连通度,以下说法正确的是( )。
    查看练习答案与解析

    答案: 需结合点连通度的定义与特征进行判断。 解析: 回顾点连通度的核心概念,对比各选项逐一分析。

  1. 给定平面图 $G$,如下图所示,则 $G$ 的面数为 ______ , $G$ 中面的总次数为 ______ 。

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答案:4;12

解析: 本题考查平面图的面与次数的关系。

  1. 计算面数
    • 观察图形,有 3 个被边围成的有限面。
    • 加上 1 个无限外部面。
    • 总面数 $f = 4$
  2. 计算总次数
    • 定理:平面图所有面的次数之和等于边数的两倍($\sum \text{deg}(R_i) = 2m$)。
    • 数出边数:图中共有 6 条边。
    • 总次数 $= 2 \times 6 = 12$

难度: ⭐⭐
考点: #平面图 #欧拉公式 #面次数

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📖 相关公式与知识点:

  • 欧拉公式:$n - m + f = 1 + k$(连通图 $k=1$$n - m + f = 2$)。
  • 每个面的次数是围成该面的回路长度(桥记两次)。
🔄 举一反三
  1. 关于平面图,以下说法正确的是( )。
    查看练习答案与解析

    答案: 需结合平面图的定义与特征进行判断。 解析: 回顾平面图的核心概念,对比各选项逐一分析。

  1. 二部图 $G$ 中所有基本圈的长度为 ______ (奇数或偶数)。
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答案:偶数

解析: 本题考查二部图的核心性质。

  1. 定理:一个无向图是二部图的充要条件是图中不包含任何奇数长度的圈。
  2. 推论:因此,二部图中的所有圈(包括基本圈)的长度必须都是偶数。

难度: ⭐
考点: #二部图 #圈长度

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📖 相关公式与知识点:

  • 二部图 $K_{m,n}$:顶点集可分为两个不相交子集,边只存在于子集之间。
  • 二部图判定:不存在奇圈 $\iff$ 是二部图。
🔄 举一反三
  1. 关于二部图,以下说法正确的是( )。
    查看练习答案与解析

    答案: 需结合二部图的定义与特征进行判断。 解析: 回顾二部图的核心概念,对比各选项逐一分析。

三、计算题(每小题 5 分,共 30 分)

  1. 符号化下述两个语句,并说明其区别:
    • (1)如果天不下雨,我们就去郊游;
    • (2)只有不下雨,我们才去郊游。
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答案

  • $P$:天下雨,$Q$:我们去郊游。
  • (1)符号化:$\neg P \to Q$
  • (2)符号化:$Q \to \neg P$
  • 区别:(1)中“不下雨”是“去郊游”的充分条件;(2)中“不下雨”是“去郊游”的必要条件

解析: 本题考查命题逻辑中的蕴涵关系符号化。

  1. 分析充分条件:“如果 $A$,则 $B$”。只要 $A$ 成立,$B$ 就一定成立。
    • 符号化为 $A \to B$
    • 对应本题(1):如果不下雨,就去郊游。$\neg P \to Q$
  2. 分析必要条件:“只有 $A$,才 $B$”。如果没有 $A$,就一定没有 $B$;或者说 $B$ 成立的前提是 $A$ 成立。
    • 符号化为 $B \to A$$\neg A \to \neg B$
    • 对应本题(2):只有不下雨,才去郊游。$Q \to \neg P$

难度: ⭐
考点: #命题符号化 #充分条件 #必要条件

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📖 相关公式与知识点:

  • 充分条件:如果 $P$$Q \iff P \to Q$
  • 必要条件:只有 $P$$Q \iff Q \to P$
  • 除非 $P$ 否则 $Q \iff \neg P \to Q \iff \neg Q \to P$
🔄 举一反三
  1. 关于命题符号化,以下说法正确的是( )。
    查看练习答案与解析

    答案: 需结合命题符号化的定义与特征进行判断。 解析: 回顾命题符号化的核心概念,对比各选项逐一分析。

  1. 试求命题公式 $P \land (Q \lor R)$ 的主析取范式和主合取范式。
查看答案与解析

答案

  • 主析取范式 (PDNF)$(P \land Q \land R) \lor (P \land Q \land \neg R) \lor (P \land \neg Q \land R)$ (即 $m_7 \vee m_6 \vee m_5$)
  • 主合取范式 (PCNF)$M_0 \wedge M_1 \wedge M_2 \wedge M_3 \wedge M_4$

解析

  1. 求主析取范式 (等值演算法)
    $$P \land (Q \lor R) \equiv (P \land Q) \lor (P \land R)$$
    • 补全 $(P \land Q)$ 中的 $R$$(P \land Q \land R) \lor (P \land Q \land \neg R) \to m_7, m_6$
    • 补全 $(P \land R)$ 中的 $Q$$(P \land Q \land R) \lor (P \land \neg Q \land R) \to m_7, m_5$
    • 合并去重得:$m_5 \vee m_6 \vee m_7$
  2. 求主合取范式
    • 变元个数 $n=3$,极小项总数为 $2^3 = 8$ 个。
    • 主合取范式的下标是主析取范式未出现的下标:$0, 1, 2, 3, 4$
    • 故 PCNF 为:$M_0 \wedge M_1 \wedge M_2 \wedge M_3 \wedge M_4$

难度: ⭐⭐
考点: #主析取范式 #主合取范式 #等值演算

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📖 相关公式与知识点:

  • PDNF:所有真值为 1 的解释对应的极小项之和。
  • PCNF:所有真值为 0 的解释对应的极大项之积。
  • 下标对应关系:$m_i$ 的真值解释与 $i$ 的二进制一致;$M_i$ 则是对 $i$ 按位取反。
🔄 举一反三
  1. 关于主析取范式,以下说法正确的是( )。
    查看练习答案与解析

    答案: 需结合主析取范式的定义与特征进行判断。 解析: 回顾主析取范式的核心概念,对比各选项逐一分析。

  1. $R = \{ \langle 0, 1 \rangle, \langle 0, 2 \rangle, \langle 0, 3 \rangle, \langle 1, 3 \rangle, \langle 2, 3 \rangle \}$,求:
    • (1) $R \circ R$
    • (2) $R \circ R^{-1}$
    • (3) $R^{-1}[\{1\}]$
查看答案 with 解析

答案

  • (1) $R \circ R = \{ \langle 0, 3 \rangle \}$
  • (2) $R \circ R^{-1} = \{ \langle 0, 0 \rangle, \langle 0, 1 \rangle, \langle 0, 2 \rangle, \langle 1, 0 \rangle, \langle 1, 1 \rangle, \langle 1, 2 \rangle, \langle 2, 0 \rangle, \langle 2, 1 \rangle, \langle 2, 2 \rangle, \dots \}$
  • (3) $R^{-1}[\{1\}] = \{ 0 \}$

解析

  1. (1) $R \circ R$
    • $0 \to 1 \to 3 \implies \langle 0, 3 \rangle$
    • $0 \to 2 \to 3 \implies \langle 0, 3 \rangle$
    • 其他无中间跳板。结果:$\{ \langle 0, 3 \rangle \}$
  2. (3) $R^{-1}[\{1\}]$
    • 即集合 $\{1\}$$R$ 的逆关系下的像。
    • 等价于在原关系 $R$ 中,找出所有第二分量为 1 的序对的第一分量。
    • 观察 $R$,仅有 $\langle 0, 1 \rangle$
    • 故结果为 $\{ 0 \}$

难度: ⭐⭐
考点: #关系复合 #逆关系 #关系的像

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📖 相关公式与知识点:

  • $R[A] = \{ y \mid \exists x \in A, \langle x, y \rangle \in R \}$
  • $R^{-1} = \{ \langle y, x \rangle \mid \langle x, y \rangle \in R \}$
  1. 设集合 $A = \{ a, b \}, B = \{ 1, 2, 3 \}, C = \{ 3, 4 \}$,求 $A \times (B \cup C)$$(A \times B) \cup (A \times C)$,并验证分配律。
查看答案与解析

答案

  • $B \cup C = \{ 1, 2, 3, 4 \}$
  • $A \times (B \cup C) = \{ \langle a, 1 \rangle, \langle a, 2 \rangle, \langle a, 3 \rangle, \langle a, 4 \rangle, \langle b, 1 \rangle, \langle b, 2 \rangle, \langle b, 3 \rangle, \langle b, 4 \rangle \}$
  • $(A \times B) \cup (A \times C)$ 结果与上方一致。
  • 验证:两者集合元素完全相同,分配律成立。

解析: 本题考查笛卡尔积对并集的分配律。通过具体实例验证了集合论中的重要恒等式 $A \times (B \cup C) = (A \times B) \cup (A \times C)$


难度: ⭐
考点: #笛卡尔积 #分配律 #集合运算

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📖 相关知识点:

  • 笛卡尔积:离散数学核心考点,需熟练掌握相关概念与解题方法。
  • 分配律:离散数学核心考点,需熟练掌握相关概念与解题方法。
  • 集合运算:离散数学核心考点,需熟练掌握相关概念与解题方法。

思路分析

结合题干"24. 设集合 $A = { a, b }, B = ...",正确答案为 。解题关键在于理解笛卡尔积、分配律的基本概念。

易错点

注意区分相似概念,避免混淆。仔细审题,抓住关键词。

🔄 举一反三
  1. 关于笛卡尔积,以下说法正确的是( )。
    查看练习答案与解析

    答案: 需结合笛卡尔积的定义与特征进行判断。 解析: 回顾笛卡尔积的核心概念,对比各选项逐一分析。

  1. 设集合 $A = \{ 0, 1, 2, 3, 4, 5 \}$ 上的二元关系 $R = \{ \langle 0, 0 \rangle, \langle 1, 1 \rangle, \langle 1, 2 \rangle, \langle 1, 3 \rangle, \langle 2, 1 \rangle, \langle 2, 2 \rangle, \langle 2, 3 \rangle, \langle 3, 1 \rangle, \langle 3, 2 \rangle, \langle 3, 3 \rangle, \langle 4, 4 \rangle, \langle 4, 5 \rangle, \langle 5, 4 \rangle, \langle 5, 5 \rangle \}$,试说明 $R$$A$ 上是等价关系。
查看答案与解析

答案

  1. 自反性$\forall x \in A$$\langle x, x \rangle \in R$。检查发现 $\langle 0, 0 \rangle, \dots, \langle 5, 5 \rangle$ 均在 $R$ 中。
  2. 对称性:若 $\langle x, y \rangle \in R$,则 $\langle y, x \rangle \in R$。检查发现所有非对角线元素成对出现。
  3. 传递性:若 $\langle x, y \rangle, \langle y, z \rangle \in R \implies \langle x, z \rangle \in R$
    • 该关系构成的等价类为 $\{0\}, \{1, 2, 3\}, \{4, 5\}$结论$R$ 是等价关系。

难度: ⭐⭐
考点: #等价关系 #性质验证 #等价类

💡 学习锦囊

📖 相关知识点:

  • 等价关系:离散数学核心考点,需熟练掌握相关概念与解题方法。
  • 性质验证:离散数学核心考点,需熟练掌握相关概念与解题方法。
  • 等价类:离散数学核心考点,需熟练掌握相关概念与解题方法。

思路分析

结合题干"25. 设集合 $A = { 0, 1, 2, 3, 4,...",正确答案为 。解题关键在于理解等价关系、性质验证的基本概念。

易错点

注意区分相似概念,避免混淆。仔细审题,抓住关键词。

🔄 举一反三
  1. 关于等价关系,以下说法正确的是( )。
    查看练习答案与解析

    答案: 需结合等价关系的定义与特征进行判断。 解析: 回顾等价关系的核心概念,对比各选项逐一分析。

  1. $\mathbb{Z}_+$ 是正整数集,$\forall a, b \in \mathbb{Z}_+$$a \ast b = \text{lcm}(a, b)$(最小公倍数)。试问 $\langle \mathbb{Z}_+, \ast \rangle$ 是半群,是含单位元的半群吗?
查看答案与解析

答案

  1. 封闭性:两个正整数的最小公倍数仍为正整数。
  2. 结合律$\text{lcm}(\text{lcm}(a, b), c) = \text{lcm}(a, \text{lcm}(b, c))$
    • 因此,它是半群
  3. 单位元:取 $e = 1$。因为 $\text{lcm}(a, 1) = a$结论:它是含单位元的半群(幺半群)。

难度: ⭐⭐
考点: #半群 #单位元 #最小公倍数

💡 学习锦囊

📖 相关知识点:

  • 半群:离散数学核心考点,需熟练掌握相关概念与解题方法。
  • 单位元:离散数学核心考点,需熟练掌握相关概念与解题方法。
  • 最小公倍数:离散数学核心考点,需熟练掌握相关概念与解题方法。

思路分析

结合题干"26. 设 $\mathbb{Z}_+$ 是正整数集,$\f...",正确答案为 。解题关键在于理解半群、单位元的基本概念。

易错点

注意区分相似概念,避免混淆。仔细审题,抓住关键词。

🔄 举一反三
  1. 关于半群,以下说法正确的是( )。
    查看练习答案与解析

    答案: 需结合半群的定义与特征进行判断。 解析: 回顾半群的核心概念,对比各选项逐一分析。

四、计算题(二)(每小题 7 分,共 14 分)

  1. $(B, +, \cdot, -, 0, 1)$ 是布尔代数,$\forall a, b, c \in B$,化简表达式:
    $$a \cdot b \cdot c + a \cdot b \cdot \bar{c} + b \cdot c + \bar{a} \cdot b \cdot c + \bar{a} \cdot b \cdot \bar{c}$$
查看答案与解析

答案$b$

解析: 本题考查布尔代数的化简,主要利用分配律、补余律 and 吸收律。

  1. 合并第一、二项$a \cdot b \cdot c + a \cdot b \cdot \bar{c} = a \cdot b \cdot (c + \bar{c}) = a \cdot b \cdot 1 = a \cdot b$
  2. 合并第四、五项$\bar{a} \cdot b \cdot c + \bar{a} \cdot b \cdot \bar{c} = \bar{a} \cdot b \cdot (c + \bar{c}) = \bar{a} \cdot b \cdot 1 = \bar{a} \cdot b$
  3. 合并上述两项结果$a \cdot b + \bar{a} \cdot b = (a + \bar{a}) \cdot b = 1 \cdot b = b$
  4. 最后处理剩余的第三项 $b \cdot c$: 表达式变为 $b + b \cdot c$。 根据吸收律$b + b \cdot c = b$

难度: ⭐⭐⭐
考点: #布尔代数 #化简 #吸收律 #补余律

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📖 相关公式与知识点:

  • 补余律:$x + \bar{x} = 1, x \cdot \bar{x} = 0$
  • 吸收律:$x + x \cdot y = x$
  • 合并律:$x \cdot y + x \cdot \bar{y} = x$
🔄 举一反三
  1. 关于布尔代数,以下说法正确的是( )。
    查看练习答案与解析

    答案: 需结合布尔代数的定义与特征进行判断。 解析: 回顾布尔代数的核心概念,对比各选项逐一分析。

  1. 求图 $D$ 的邻接矩阵 $A(D)$,计算 $A^3(D)$,并找出 $v_1$$v_4$ 长度为 2,3 的所有通路。

查看答案与解析

答案

  1. 邻接矩阵 $A(D)$: 根据图形(假设顶点为 $v_1, v_2, v_3, v_4$):
    $$A = \begin{pmatrix} 0 & 1 & 0 & 0 \\ 0 & 0 & 1 & 1 \\ 1 & 0 & 0 & 0 \\ 0 & 0 & 1 & 0 \end{pmatrix}$$
  2. 计算 $A^2$$A^3$
    • $A^2 = A \times A$。其 $(1, 4)$ 元素表示 $v_1$$v_4$ 长度为 2 的通路数。
    • $A^3 = A^2 \times A$。其 $(1, 4)$ 元素表示 $v_1$$v_4$ 长度为 3 的通路数。
  3. 寻找通路
    • 长度为 2$v_1 \to v_2 \to v_4$
    • 长度为 3$v_1 \to v_2 \to v_4 \to \dots$ (视具体图连接而定)。

解析: 本题考查邻接矩阵的幂的意义。$A^k$ 的元素 $a_{ij}^{(k)}$ 恰好代表从 $v_i$$v_j$ 长度为 $k$ 的通路条数。


难度: ⭐⭐⭐
考点: #邻接矩阵 #矩阵幂 #通路计数

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📖 相关知识点:

  • 邻接矩阵:离散数学核心考点,需熟练掌握相关概念与解题方法。
  • 矩阵幂:离散数学核心考点,需熟练掌握相关概念与解题方法。
  • 通路计数:离散数学核心考点,需熟练掌握相关概念与解题方法。

思路分析

结合题干"28. 求图 $D$ 的邻接矩阵 $A(D)$,计算 $A^...",正确答案为 。解题关键在于理解邻接矩阵、矩阵幂的基本概念。

易错点

注意区分相似概念,避免混淆。仔细审题,抓住关键词。

🔄 举一反三
  1. 关于邻接矩阵,以下说法正确的是( )。
    查看练习答案与解析

    答案: 需结合邻接矩阵的定义与特征进行判断。 解析: 回顾邻接矩阵的核心概念,对比各选项逐一分析。

五、证明题(每小题 8 分,共 16 分)

  1. 试证明:$\forall x A(x) \land \forall x B(x) \vdash \forall x (A(x) \land B(x))$
查看答案与解析

证明: 利用自然推理系统(Natural Deduction)进行推导:

  1. (1) $\forall x A(x) \land \forall x B(x)$ —— 前提
  2. (2) $\forall x A(x)$ —— 对 (1) 使用简化规则 (Simp)
  3. (3) $\forall x B(x)$ —— 对 (1) 使用简化规则 (Simp)
  4. (4) $A(c)$ —— 对 (2) 使用全称指定规则 (UI),$c$ 为个体域中任一个体
  5. (5) $B(c)$ —— 对 (3) 使用全称指定规则 (UI)
  6. (6) $A(c) \land B(c)$ —— 对 (4)(5) 使用合取引入规则 (Conj)
  7. (7) $\forall x (A(x) \land B(x))$ —— 对 (6) 使用全称概括规则 (UG),由于 $c$ 是任意的,推导成立。

结论: 原推导式成立。


难度: ⭐⭐
考点: #谓词逻辑 #自然推理系统 #全称量词

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📖 相关公式与知识点:

  • 量词分配律:$\forall x (A(x) \land B(x)) \equiv \forall x A(x) \land \forall x B(x)$
  • 注意:$\forall$$\lor$ 不满足分配律,$\exists$$\land$ 不满足分配律。
🔄 举一反三
  1. 关于谓词逻辑,以下说法正确的是( )。
    查看练习答案与解析

    答案: 需结合谓词逻辑的定义与特征进行判断。 解析: 回顾谓词逻辑的核心概念,对比各选项逐一分析。

  1. 在整数集合 $\mathbb{Z}$ 上 definition 如下的加法运算 “$\circ$”:$a \circ b = a + b - 2$,证明 $\langle \mathbb{Z}, \circ \rangle$ 构成一个群。
查看答案与解析

证明: 要证明 $\langle \mathbb{Z}, \circ \rangle$ 是一个群,需验证群的四个定义条件:

  1. 封闭性 (Closure)$\forall a, b \in \mathbb{Z}$$a \circ b = a + b - 2$。由于整数对加减法封闭,故 $a \circ b \in \mathbb{Z}$。满足。
  2. 结合律 (Associativity)$(a \circ b) \circ c = (a + b - 2) \circ c = (a + b - 2) + c - 2 = a + b + c - 4$$a \circ (b \circ c) = a \circ (b + c - 2) = a + (b + c - 2) - 2 = a + b + c - 4$。 左边 = 右边,结合律成立。
  3. 单位元 (Identity): 设单位元为 $e$,则 $a \circ e = a \implies a + e - 2 = a \implies e = 2$。 因为 $2 \in \mathbb{Z}$,且 $2 \circ a = 2 + a - 2 = a$,故 2 是单位元。
  4. 逆元 (Inverse): 对于任意 $a \in \mathbb{Z}$,设其逆元为 $a'$,则 $a \circ a' = e \implies a + a' - 2 = 2 \implies a' = 4 - a$。 由于 $a \in \mathbb{Z}$,则 $4 - a \in \mathbb{Z}$。每个元素都有逆元。

结论$\langle \mathbb{Z}, \circ \rangle$ 构成一个群(且是一个 Abel 群)。


难度: ⭐⭐
考点: #群论 #群的定义 #代数系统

💡 学习锦囊

📖 相关公式与知识点:

  • 群的判定四要素:封闭、结合、单位元、逆元。
  • Abel 群(交换群):额外满足 $a * b = b * a$
🔄 举一反三
  1. 关于群论,以下说法正确的是( )。
    查看练习答案与解析

    答案: 需结合群论的定义与特征进行判断。 解析: 回顾群论的核心概念,对比各选项逐一分析。

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