Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Вычислительная математика.pdf
Скачиваний:
0
Добавлен:
24.11.2025
Размер:
3.89 Mб
Скачать

Белорусский национальный технический университет

Факультет информационных технологий и робототехники Кафедра высшей математики № 1

СОГЛАСОВАНО

СОГЛАСОВАНО

Заведующая кафедрой

Декан факультета

_______ Катковская И. Н.

_______ Трофименко Е. Е.

__ июня 2016 г.

__ июня 2016 г.

УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ПО УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЕ «ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ МАТЕМАТИКА»

для специальностей:

1-40 01 01 – Программное обеспечение информационных технологий, 1-40 05 01 04 – Информационные системы и технологии в обработке и представлении информации

Составители: Грекова Анна Валентиновна, Каскевич Виктор Иванович, Мартыненко Игнат Михайлович, Метельский Анатолий Владимирович, Федосик Евгений Анатольевич, Чепелев Николай Иосифович.

___________________________________________________________________

Рассмотрено и утверждено на заседании совета факультета информационных технологий

и робототехники 26 мая 2016 г., протокол № 10

ПЕРЕЧЕНЬ МАТЕРИАЛОВ

Электронный учебно-методический комплекс по учебной дисциплине «ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ МАТЕМАТИКА» состоит из следующих разделов:

кратких теоретических материалов по курсу вычислительной математики пятого семестра обучения;

материалов для проведения лабораторных занятий по учебной дисцип-

лине;

материалов для текущей и итоговой аттестации;

вспомогательных материалов.

Теоретический раздел ЭУМК содержит материалы для теоретического изучения учебной дисциплины в объеме, установленном учебным планом по специальности.

Практический раздел ЭУМК содержит материалы для проведения лабораторных занятий в аудитории и заданий для самостоятельной работы.

Раздел контроля знаний ЭУМК содержит материалы текущей и итоговой аттестации, позволяющие определить соответствие результатов учебной деятельности обучающихся требованиям образовательных стандартов высшего образования и учебно-программной документации, и представлен индивидуальными заданиями по темам учебной дисциплины и тестами.

Вспомогательный раздел ЭУМК содержит программу дисциплины, экзаменационные вопросы, перечень учебно-методических пособий, рекомендуемых к использованию в образовательном процессе.

2

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Цели ЭУМК: ЭУМК предназначен для изучения дисциплины «ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ МАТЕМАТИКА». Он содержит набор методических материалов по этой дисциплине.

Особенности структурирования и подачи учебного материала: ЭУМК со-

стоит из четырех частей.

Теоретический раздел содержит набор методических материалов по этому предмету: рекомендаций студенту для работы с дисциплиной, кратких теоретических материалов, посвященных изложению в наглядном виде основных определений, свойств, формул и теорем, сопровождающихся подробными примерами и иллюстрациями.

Практический раздел содержит практикум по дисциплине, состоящий из материалов для проведения лабораторных занятий по вычислительной математике по разделам «Основы теории множеств» и «Элементы теории графов». Для раздела «Элементы численных методов» разработан практикум, содержащий краткие теоретические сведения по темам с примерами решения и индивидуальные задания для домашней работы с ответами.

Раздел контроля знаний содержит индивидуальные задания и тесты для организации текущего контроля знаний студентов.

Вспомогательный раздел содержит программу дисциплины, перечень экзаменационных вопросов, список рекомендуемой литературы.

Рекомендации по организации работы с ЭУМК:

ЭУМК представлен pdf-файлом;

требования к системе: IBM PC-совместимый ПК стандартной конфигурации, Adobe Reader. Программа работает в среде Windows ХХ;

открытие ЭУМК производится посредством запуска файла с расширением

.pdf – в Adobe Reader. Возможен просмотр электронного издания непосредственно с компакт-диска без предварительного копирования на жесткий диск компьютера.

3

БЕЛОРУССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Факультет информационных технологий и робототехники

Кафедра высшей математики № 1

ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ

ЭУМК по учебной дисциплине«ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ МАТЕМАТИКА»

Грекова А. В., Каскевич В. И., Мартыненко И. М., Метельский А. В., Федосик Е. А., Чепелев Н. И.

Минск 2016

 

ОГЛАВЛЕНИЕ

 

1 ЭЛЕМЕНТЫ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ ЛОГИКИ ....................................................................

8

1.1

Логика высказываний............................................................................................................

8

 

1.1.1 Понятие логического высказывания...........................................................................

8

 

1.1.2 Логические операции .....................................................................................................

8

 

1.1.3 Пропозиционные формулы .........................................................................................

10

 

1.1.4 Тавтологии....................................................................................................................

11

 

1.1.5 Равносильные формулы...............................................................................................

12

1.2

Булевы функции....................................................................................................................

13

 

1.2.1 Понятие булевой функции. Число булевых функций от n переменных.............

13

 

1.2.2 Элементарные булевы функции. Представление булевых функций

 

 

пропозиционными формулами...................................................................................

14

 

1.2.3 Двойственные функции. Принцип двойственности .............................................

15

 

1.2.4 Совершенные конъюнктивные нормальные формы (СКНФ)...............................

16

 

1.2.5 Полиномы Жегалкина..................................................................................................

18

1.3

Полнота и замкнутость.........................................................................................................

19

 

1.3.1 Полные системы функций и замкнутые классы....................................................

19

 

1.3.2 Основные замкнутые классы .....................................................................................

20

 

1.3.3 Теоремы о функциональной полноте .......................................................................

23

 

1.3.4 Базисы пространства булевых функций..................................................................

24

1.4

Минимизация булевых функций........................................................................................

27

 

1.4.1 Постановка задачи ......................................................................................................

27

 

1.4.2 Метод Квайна-Макклоски..........................................................................................

27

 

1.4.3 Карты Карно.................................................................................................................

30

1.5

Реализация булевых функций.............................................................................................

33

 

1.5.1 Контактные схемы .....................................................................................................

33

 

1.5.2 Схемы из функциональных элементов.....................................................................

35

1.6

Предикаты ..............................................................................................................................

38

 

1.6.1 Основные понятия и определения.............................................................................

38

 

1.6.2 Операции над предикатами .......................................................................................

40

 

1.6.3 Равносильные формулы логики предикатов............................................................

42

 

1.6.4 Приведенная форма и предваренная нормальная форма предиката..................

43

2 ОСНОВЫ ТЕОРИИ МНОЖЕСТВ..........................................................................................

45

2.1

Множества и операции над ними .......................................................................................

45

 

2.1.1 Основные понятия.......................................................................................................

45

 

2.1.2 Способы задания множеств ......................................................................................

46

 

2.1.3 Операции над множествами .....................................................................................

47

 

2.1.4 Свойства операций над множествами. Алгебра множеств................................

49

 

2.1.5 Декартово произведение множеств.........................................................................

51

2.2

Отображения множеств........................................................................................................

52

 

2.2.1 Основные понятия.......................................................................................................

52

 

2.2.2 Произведение (композиция) отображений .............................................................

54

 

2.2.3 Обратные отображения ............................................................................................

55

2.3

Отношения..............................................................................................................................

56

 

2.3.1 Основные понятия и способы задания отношений...............................................

56

 

2.3.2 Операции над бинарными отношениями и их свойства ......................................

58

2.4

Отношения экивалентности................................................................................................

60

 

2.4.1 Классы эквивалентности ...........................................................................................

60

 

2.4.2 Отношения частичного порядка..............................................................................

61

2.5

Комбинаторика ......................................................................................................................

64

 

2.5.1 Размещения ...................................................................................................................

64

5

2.5.2 Перестановки ...............................................................................................................

65

2.5.3 Сочетания.....................................................................................................................

66

2.5.4 Сочетания с повторениями.......................................................................................

67

2.5.5 Бином Ньютона. Понятие о производящей функции...........................................

68

2.5.6 Числа Стирлинга .........................................................................................................

69

2.5.7 Число Белла...................................................................................................................

70

2.6 Мощности множеств .............................................................................................................

70

2.6.1 Мощность конечного множества ............................................................................

70

2.6.2 Мощности бесконечных множеств. Счетные множества ................................

71

2.6.3 Несчетные множества. Мощность континуума..................................................

73

2.6.4 Кардинальные числа. Гипотеза континуума..........................................................

74

3 ЭЛЕМЕНТЫ ТЕОРИИ ГРАФОВ............................................................................................

75

3.1 Основные определения и типы графов.............................................................................

75

3.1.1 Основные понятия.......................................................................................................

75

3.1.2 Основные типы графов ...............................................................................................

75

3.1.3 Обобщения понятия графа ........................................................................................

77

3.1.4 Изоморфные графы......................................................................................................

78

3.1.5 Количество различных графов порядка n ................................................................

79

3.2 Основные числовые характеристики и матрицы графа...............................................

80

3.2.1 Степени вершин графа ...............................................................................................

80

3.2.2 Матрица смежности..................................................................................................

82

3.2.3 Матрица Кирхгофа......................................................................................................

83

3.2.4 Матрица инцидентности..........................................................................................

83

3.3 Подграфы и операции на графах........................................................................................

84

3.3.1 Подграфы.......................................................................................................................

84

3.3.2 Операции над графами ................................................................................................

85

3.4 Связные графы и расстояние в графах.............................................................................

86

3.4.1 Маршруты в графах. Связные графы........................................................................

86

3.4.2 Компоненты связности. Связность графа и его дополнения ..............................

87

3.4.3 Расстояния на графах.................................................................................................

88

3.4.4 Метод поиска в ширину..............................................................................................

89

3.4.5 Выяснение вопросов связности, достижимости и расстояний на графе

 

по матрице смежности.............................................................................................

90

3.5 Деревья и остовы...................................................................................................................

90

3.5.1 Критерии дерева...........................................................................................................

90

3.5.2 Корневое дерево.............................................................................................................

92

3.5.3 Типы вершин дерева, радиус и центры.....................................................................

93

3.5.4 Остовы графа, циклический ранг и ранг разрезов ..................................................

94

3.5.5 Задача о минимальном остове...................................................................................

95

3.5.6 Разрезы графа. Фундаментальная система циклов

 

и фундаментальная система разрезов.....................................................................

95

3.5.7 Линейное пространство графа..................................................................................

97

3.6 Эйлеровы и гамильтоновы графы.....................................................................................

98

3.6.1 Эйлеровы графы............................................................................................................

98

3.6.2 Гамильтоновы графы................................................................................................

100

3.7 Планарные графы ...............................................................................................................

101

3.7.1 Вложимость графов в трехмерное пространство..............................................

101

3.7.2 Планарные графы. Формула Эйлера .......................................................................

101

3.7.3 Следствия из формулы Эйлера ................................................................................

102

3.7.4 Гомеоморфные графы. Критерий планарности...................................................

103

3.8 Раскраски графов ................................................................................................................

104

3.8.1 Хроматическое число графа ....................................................................................

104

6

3.8.2 Хроматическое число 2-дольного графа. Критерий 2-дольности.....................

105

3.8.3 Некоторые оценки хроматического числа............................................................

106

3.8.4 Раскраски планарных графов ...................................................................................

107

3.8.5 Реберная раскраска графа.........................................................................................

108

3.9 Паросочетания .....................................................................................................................

108

3.9.1 Паросочетания...........................................................................................................

108

3.9.2 Теорема Холла о свадьбах .........................................................................................

109

3.10 Сети ......................................................................................................................................

110

3.10.1 Основные понятия...................................................................................................

110

3.10.2 Потоки в сетях ........................................................................................................

111

3.10.3 Сетевое планирование.............................................................................................

113

7

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]