iv Contents
5 Induction and Recursion ............................................331
5.1 Mathematical Induction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 331
5.2 Strong Induction and Well-Ordering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 354
5.3 Recursive Definitions and Structural Induction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 365
5.4 Recursive Algorithms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 381
5.5 Program Correctness . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 393
End-of-Chapter Material .....................................................398
6 Counting ...........................................................405
6.1 The Basics of Counting. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .405
6.2 The Pigeonhole Principle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 420
6.3 Permutations and Combinations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 428
6.4 Binomial Coefficients and Identities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 437
6.5 Generalized Permutations and Combinations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 445
6.6 Generating Permutations and Combinations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 457
End-of-Chapter Material .....................................................461
7 Discrete Probability .................................................469
7.1 An Introduction to Discrete Probability . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 469
7.2 Probability Theory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 477
7.3 Bayes’ Theorem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 494
7.4 Expected Value and Variance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 503
End-of-Chapter Material .....................................................520
8 Advanced Counting Techniques .....................................527
8.1 Applications of Recurrence Relations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 527
8.2 Solving Linear Recurrence Relations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 540
8.3 Divide-and-Conquer Algorithms and Recurrence Relations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 553
8.4 Generating Functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 563
8.5 Inclusion–Exclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 579
8.6 Applications of Inclusion–Exclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 585
End-of-Chapter Material .....................................................592
9Relations...........................................................599
9.1 Relations and Their Properties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 599
9.2 n-ary Relations and Their Applications. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .611
9.3 Representing Relations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 621
9.4 Closures of Relations. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .628
9.5 Equivalence Relations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 638
9.6 Partial Orderings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 650
End-of-Chapter Material .....................................................665
