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CONTAGEM E PROBABILIDADE ÍNDICE. 1. POTÊNCIA FATORIAL 2. FÓRMULAS PRINCIPAIS DO CÁLCULO COMBINATÓRIO 3. TIPOS DE AGRUPAMENTOS 4. ARRANJOS SIMPLES 5. ARRANJO COM REPETIÇAO 6. PERMUTAÇOES SIMPLES E COM ELEMENTOS REPETIDOS 7. COMBINAÇÕES SIMPLES 8. COMBINAÇOES COM REPETIÇÃO 9. RECONHECIMENTO DO TIPO DE AGRUPAMENTO 10. PERMUTAÇÃO CIRCULAR 11. BINÕMIO DE NEWTON 12. NÚMEROS BINOMIAIS 13. BINOMIAIS COMPLEMENTARES 14. IGUALDADE DE BINÕMIOS 15. TRIÃNGULO DE PASCAL 16. FÓRMULAS DO BINÕMIO DE NEWTON 17. TERMO GERAL 18. NOÇÕES BÁSICAS DE PROBABILIDADES 19. EXPERIMENTO ALEATÓRIO – ESPAÇO AMOSTRAL – EVENTOS 20. OPERAÇÕES COM EVENTOS ALEATÓRIOS 21. PROPRIEDADES DAS OPERAÇÕES 22. PROBABILIDADE 23. EVENTOS COMPLEMENTARES 24. EVENTOS EQUIPROVAVEIS 25. PROBABILIDADE CONDICIONAL. 26. TEOREMA DA SOMA E O TEOREMA DA COMPLEMENTAÇÃO 27. EVENTOS INDEPENDENTES. CONTAGEM E PROBABILIDADE FATORIAL DEFINIÇÃO. Sendo Nn ( números inteiros positivos), chamamos fatorial de n ao produto dos n sucessivos números inteiros de 1 até n . Representa- se pelo símbolo ! logo após o número. Portanto, dado um número n ( Nn ), define-se fatorial de n como sendo 1.2.3)...2)(1(! nnnn OBSERVAÇÕES: I. No caso em que n for igual a zero ou igual a um, temos por convenção 0! = 1! = 1; II. Não podemos somar, subtrair, multiplicar nem dividir fatoriais, porém, podemos simplificá-los; pois, por exemplos: 1) !2 !4 !8 2) !12!4!.3 3) !8!3!5 4) !2!8!10 Exemplos: 1) 7! = 7.6.5.4.3.2.1 = 5040 2) 5! = 5.4.3.2.1 = 120 Simplifique as expressões abaixo: 3) 7 !6 !6.7 !6 !7 4) 40 7! . 19! !3.4 3! 8.7! !19.20 !7!.19!.4 !3 . !8 . !20 5) 1 )!1( )!1.( )!1( ! nn nn nn n 6) nn n nnn n n 24 )!22( )!22)(12.(2 )!22( )!2( 2 7) 23 ! !)1).(2( ! )!2( 2 nn n nnn n n 8) n n nnn nnn n nn 1 )!1(! )!1(!).1( )!( )!1()!1( 2 9) 4 1 )!5)(4( )!5( )!4( )!5( nnn n n n 10) Resolver a equação: )!4(2)!2( nn 2 )!4( )!4)(3)(2( 2 )!4( )!2( n nnn n n 40452)3)(2( 2 nnnnn Observe que para 1n , não satisfaz a equação. 11) Prove que 1! = 1 Sabendo que )!1(! nnn e tomando 2n , teremos: 2! = 2.1! Como 2! =2, concluímos que 1! =1. Daí a razão da convenção 1! =1. 12) Prove que 0! = 1 Admitindo-se na definição n = 0 e aceitando a convenção 1! = 1, temos: 1! = 1.0! o que nos leva a aceitar o símbolo 0! Como sem- do o numeral de 1. POTÊNCIA FATORIAL. DEFINIÇÃO/1: Sendo p um número inteiro maior que 1 e x um número inteiro posi- tivo, chama-se potência fatorial decrescente de ordem p do número x , o produto de p fatores sucessivos, sendo x o maior fator. Em símbolos )( px . Podemos escrever: )1)...(2)(1( )( pxxxxx p Exemplos: 1) 2105.6.77 )3( 2) 61.2.33 )3( OBSERVAÇÃO: Se xp , então )( px = 0, pois temos como exemplo 00.1.2.3.4.55 )6( DEFINIÇÃO/2: Sendo p um número inteiro maior que 1 e x um número inteiro posi- tivo, chama-se potência fatorial crescente de ordem p do número x , o produto de p fatores sucessivos, sendo x o menor fator. Em símbolos px . Podemos escrever: )1)...(2)(1( pxxxxx p Exemplos: 1) 5049.8.77 3 2) 244.3.2.11 4 POTÊNCIA FATORIAL GENERALIZADA. DEFINIÇÃO/1: Dados três números inteiros e positivos ,n h e x , sendo 1n , deno- mina-se potência fatorial generalizada decrescente de ordem ,n do nú- mero x , o produto dos n números de uma seqüência cujo maior termo é x , sendo h a diferença entre dois números consecutivos e representa-se por hnx , . Podemos escrever. ))...(2)(( ),( hnhxhxhxxx hn , onde n é a quantidade de termos. Exemplos: 1) )6)(4)(2( )2,4( xxxxx 2) 51.5)45(55 )4,2( 3) 0)108)(88)(68)(48)(28(88 )2,6( 4) 603.4.5)25)(15(55 )1,3( DEFINIÇÃO/2: Dados três números inteiros e positivos ,n h e x , sendo 1n , deno- mina-se potência fatorial generalizada crescente de ordem ,n do núme- ro x , o produto dos n números de uma seqüência cujo menor termo é x , sendo h a diferença entre dois números consecutivos e representa-se por hnx , . Podemos escrever. ))...(2)((, hnhxhxhxxx hn , onde n é a quantidade de termos. Exemplos: 1) )6)(4)(2(2,4 xxxxx 2) 459.5)45(55 4,2 3) )108)(88)(68)(48)(28(88 2,6 = 8.10.12.14.16.18 = 3.870.720 4) 2107.6.5)25)(15(55 1,3 EXERCÍCIOS: 1) Calcular 1204.5.66 3 2) Calcular 0)1.(0.1.2.3.4.55 7 3) Calcular 205.44 2 4) Calcular 55 1 5) Provar que !1.2)...2)(1(!5 nnnnnn 6) Provar que 1.2.3.4!4244.6)26(66!46 2,22,2 7) Calcular 0)8)(4.(0.4)124).(84)(44.(44 4,4 COEFICIENTES BINOMIAIS. DEFINIÇÃO. Dados dois números inteiros maiores que 1, ,n e k , sendo kn , deno- mina-se coeficiente binomial de classe k do número n ao quociente da potência fatorial decrescente da ordem k do número n pelo fatorial de k , ou seja: k knnnn k n k ...3.2.1 )1)...(2)(1( ! . Em símbolos, temos ! )( k n k n k OBSERVAÇÕES: I. O coeficiente binomial é também chamado número combinatório; II. O símbolo k n lê-se: coeficiente binomial de n sobre k onde n é o numerador e k é o denominador do coeficiente binomial. Exemplos: 1) 10 2.1 4.5 2 5 2) 56. 3.2.1 6.7.8 3 8 CONVENÇÕES: I. Se 1k , Então n n 1 II.. Se 0k . Então 1 0 n III. 1 kn , Então 1 1 1 IV. 0 kn , Então 1 0 0 V. kn , Então 0 k n EXERCÍCIOS: 1) Calcular o valor de n na equação 10 2 n Resolução: )4 ,5(02020)1(10 !2 2 )2( nnnnn n . Como 4n não é solução, temos 5n 2) Calcular o valor de n na equação n n 7 3 Resolução: )8 ,5(040342)2)(1(7 1.2.3 )2)(1( 7 !3 2 )3( nnnnnn nnn n n Como 5n não é solução, temos 8n 3) Calcular o valor de n na equação 0 3 n Resolução: Para ter 0 3 n , devemos tomar 3n (quinta convenção) Logo,: .3 0 n COEFICIENTES BINOMIAIS COMPLEMENTARES DEFINIÇÃO: Sejam dois coeficientes binomiais de mesmo numerador. Se a soma de seus denominadores for igual ao numerador comum, então eles denominar-se-ão COEFICIENTES BINOMIAIS COMPLEMENTARES. kn n k n Exemplos: 1) 3 8 e 5 8 2) k n e kn n ( )( kn 3) 5 n e 5n n PROPRIEDADE. Dois coeficientes binomiais complementares são iguais. )( k n = kn n Exemplos: 1) Calcular 7 10 Resolução: Aplicando a propriedade, temos: 120 6 8.9.10 !3 10 3 10 7 10 3 2) Resolver a equação ) 2 ( n = 5 n Resolução: Para que os coeficientes binomiais sejam iguais, basta que o numerador comum seja igual a soma dos denominadores. Logo 7n FÓRMULAS PRINCIPAIS DO CÁLCULO COMBINATÓRIO TIPOS DE AGRUPAMENTOSExistem dois tipos de agrupamentos, aquele em que a ordem dos elemen tos: I. É importante II. Não é importante. Os agrupamentos em que a ordem dos elementos é importante, são cha- dos ARRANJOS ou PERMUTAÇÕES. ARRANJOS SIMPLES. Sendo A um conjunto com “n” elementos distintos e “p” um número natural de modo que np , chamamos de arranjos simples dos n elemen- tos de A, tomados pp a , os agrupamentos ordenados de “p” elementos diferentes que é possível formar com os elementos de A. Indicamos o número de arranjos de “n” elementos pp a , por pnA , Para dar uma idéia do que seja um arranjo simples, vejamos o seguinte Exemplo: Consideremos um conjunto A = { a, b, c } e os seguintes agru- pamentos de 2 elementos de A, esquematizando a árvore de possibilidades. b a c → ab , ac a b c → ba , bc a c b → ca, cb Observe que nesses agrupamentos a ordem faz a diferença, pois, ab ≠ ba O termo simples significa que não há repetição de elementos em cada arranjo. Para calcular a quantidade de agrupamentos chamados arranjos simples usa-se a fórmula: ! ! , pn n A pn , onde: n → é o número total de elementos p → é o número de elementos em cada grupo. Exemplos: 1) Calcular A6,2 Resolução: 30 !4 !4.5.6 !4 !6 )!26( !6 2,6 A 2) Calcule 2,5 1,42,6 A AA Resolução: 10 13 20 430 !3 !3.4.5 !3 !3.4 !4 !4.5.6 !3 !5 !3 !4 !4 !6 2,5 1,42,6 A AA 3) Calcule 3A5,2 Resolução: 60 !3 !3.4.5.3 !3 !5 .33 2,5 A 4) Resolva a equação Ax,2 = 9Ax,1 Resolução: xxx x xx x xxx x x x x AA xx 9 )!1( )!1(9 )!2( )!2)(1( )!1( ! 9 )!2( ! 9 21,2, 10ou 00)10(0102 xxxxxx . Como x= 0 não satis- faz a equação, temos S = { 10 }. 5) Oito meninas apostam uma corrida. De quantos modos diferentes pode ser formado o grupo das três primeiras colocadas? Resolução: Observe que os grupos diferem pela ordem dos elementos, logo trata-se de arranjos simples. 336 !5 !5.6.7.8 !5 !8 3,8 A modos. 6) Quantas palavras (com sentido ou não) de 5 elementos distintos po- demos formar com as 20 primeiras letras do nosso alfabeto? Resolução: Como a ordem das letras faz diferença no grupo, trata-se de arran- jos simples. 480.860.116.17.18.19.20 !15 !20 5,20 A palavras. 7) Quantos jogos serão realizados num campeonato de futebol com a participação de 20 clubes, sendo a disputa feita em dois turnos, para que cada time enfrente outro em campo próprio e em campo adversá- rio? Resolução: 38019.20 !18 !20 2,20 A jogos 8) Resolva a seguinte equação: An,2 + An,3 = An+1, 2 Resolução: 0)3(3)23( )!1( )!1()1( )!3( )!3)(2)(1( )!2( )!2)(1( ]!2)1[( )!1( )!3( ! )!2( ! 2232232 nnnnnnnnnnn n nnn n nnnn n nnn n n n n n n 3ou 0 nn Como 0n não satisfaz, temos S = {3}. 9) Resolva A2n+1, 2 = 18n Resolução: n n nnn n n n n n n 18 )!12( )!12)(2)(12( 18 )!12( )!12( 18 ]!2)12[( )!12( 0)4(0164 2 nnnn . Como 0n não satisfaz, temos S={4}. 10) Simplifique 3,1 2,. n n A An Resolução: 1)1)(1( )1( )1( )( )!2( )!2)(1()1( )!2( )!2)(1)(( ]!3)1[( )!1( )!2( )!( 2 2 n n nn nn nn nnn n nnnn n nnnn n n n nn ARRANJOS COM REPETIÇÃO: Arranjo com repetição é um grupo de “p” elementos de um dado con- junto com “n” elementos distintos, onde a mudança de ordem determina grupos diferentes podendo porém, ter elementos repetidos. O número “p” é a classe, ou seja, é a quantidade de vezes que o elemento pode ser repeti- do. Indica-se por ARn,p. Para calcular a quantidade de agrupamentos envolvendo arranjos com repetição, usa-se a fórmula: p pn nAR , Exemplos: 1) Calcular o número de arranjos com repetição de classe 3 com o con- junto A = {a, b} Solução: n = 2 e p = 3 AR2,3 = 2 3 = 8 = { (a, a, a) (b, b, b) (a, a, b) (b, b, a) (a, b, b) (b, a, a) ({a, b, a) (b, a, b)}. 2) Quantas placas de automóveis compostas de duas letras nas duas pri- meiras posições, seguidas por quatro algarismos nas demais posições (sendo o alfabeto com 26 letras e os algarismos do sistema decimal) podem ser formadas? Resolução: Como as letras e os algarismos podem ser repetidos, temos: 000.760.61026. 424,102,26 ARAR placas. 3) Considerando o conjunto E = {a, b, c}, calcular o número de arranjos com repetição de classe 2. Solução: n = 3 e p = 2 AR3,2 = 3 2 = 9 = { (a, a) (a, b) (a, c) (b, a) ( b, b) (b, c) (c, a) (c, b) (c, c) } = 9 arranjos. PERMUTAÇÕES SIMPLES E COM ELEMENTOS REPETIDOS. Quando montamos grupos com todos os elementos disponíveis, dizemos que estamos permutando os “n” elementos entre si. Neste caso, trata-se de Permutação, e representa-se por Pn. As permutações são agrupamentos formados pelos mesmos elementos, portanto, só diferem entre si pela ordem dos mesmos. Por exemplo. Se A = { 1, 2, 3}, as permutações simples de seus elemen tos são: 123, 132, 213, 231, 312 e 321. Para o cálculo de permutações, usamos as fórmulas: Pn = n! → Para permutações com elementos distintos !!...!.!. !,...,, zcba n P zcban → Para permutações com elementos repe tidos. Exemplos: 1) P5 = 5! = 5.4.3.2.1 = 120 2) Quantos anagramas podemos formar com as letras da palavra AMOR? Resolução: Anagramas são palavras obtidas efetuando-se todas as trocas possíveis entre as letras de uma palavra dada, com ou sem significado. Logo, co- mo a palavra AMOR tem 4 letras distintas, temos: P4 = 4! = 4.3.2.1 = 24 anagramas. 3) Quantos números com 5 algarismos distintos podemos formar com os dígitos (1, 2, 3, 4, 5}? Resolução: P5 = 5! =5. 4.3.2.1 = 120 números. 4) Quantos anagramas podemos formar com as letras da palavra ARA- RA? Resolução: A palavra ARARA tem 3A e 2R, logo: 10 2 20 !3.2 !3.4.5 !3!.2 !53,2 5 P anagramas 5) Com as letras da palavra ATREVIDO: a. Quantos anagramas podemos formar? b. Quantos anagramas começas por A? c. Quantos anagramas começam pela sílaba “TRE”? Resolução: a. P8 = 8! = 8.7.6.5.4.3.2.1 = 40.320 anagramas. b. P7 = 7! = 7.6.5.4.3.2.1 = 5.040 (observe que só podem serem permutadas 7 letras, pois a letra “A” fica fixa). c. P5 = 5! = 5.4.3.2.1 = 120 (a sílaba TRE fica fixa no começo do anagrama). COMBINAÇÕES SIMPLES Denominam-se Combinações simples todo o subconjunto formado por “p” dos “n” elementos de um conjunto, onde interessa a natureza dos ele- mentos sem levar em consideração a “ordem”. Representa-se por Cn,p que lê-se combinações simples de n elementos tomados “p a p”. Para calcular a quantidade de agrupamentos chamados combinações sim ples utiliza-se a fórmula: )!(! ! , pnp n C pn Exemplos: 1) Calcular C5,2 Resolução: 10 !3.2 !3.4.5 !3!.2 !5 )!25(!2 !5 2,5 C 2) Resolver a equação: Cx,2 = 21 Resolução: 4221 )!2(2 )!2)(1( 21 )!2(!2 ! 21 22, xx x xxx x x Cx 6 e 70422 xxxx . Como x = n e n > 0 → S = { 7 } 3) Com oito pessoas, quantas comissões de três pessoas podem ser formadas? Resolução: Como os elementos de cada grupo são distintos e um grupo difere do outro apenas pela natureza dos elementos e não pela ordem dos mes-mos, implica que se trata de combinações simples. Logo, temos: 56 !5.1.2.3 !5.6.7.8 !5!.3 !8 )!38(!3 !8 3,8 C comissões. 4) Um baralho comum possui 52 cartas. De quantas formas distintas um jogador pode receber 5 cartas? Resolução: Como não interessa a ordem dos elementos, trata-se combinações sim- ples. Logo, temos: 960.598.2 !47.1.2.3.4.5 !47.48.49.50.51.52 !47!.5 !52 )!552(!5 !52 5,52 C formas distintas receber 5 cartas. 5) Quantos subconjuntos de 18 elementos possui o conjunto de 20 ele- mentos? Resolução: Como a escolha dos 18 elementos independe da ordem, trata-se de combinações simples. Logo; temos: 190 !18.2 !18.19.20 !2!.18 !20 )!1820(!18 !20 18,20 C subconjuntos. COMBINAÇÕES COM REPETIÇÃO. Chama-se combinação com repetição, classe “p” dos “n” elementos desse conjunto, a todo grupo formado por “p” elementos, distintos ou não; em qualquer ordem. Para se calcular a quantidade de agrupamentos envol- vendo Combinação com repetição, usa-se a fórmula: ! )!1( ,1, p pn CCR ppnpn Observações: I. Enquanto que, nos arranjos e nas permutações, a ordem em que ficam dispostos os elementos dentro do grupo, diferencia os agrupamentos; nas combinações, essa ordem não tem importância. Duas combinações são iguais desde que possuam os mesmos elementos.; II. Nas combinações completas levamos em consideração o conceito de multiplicidade dos elementos de um conjunto. Assim, ( a, a, b ) # (a, b, b) porque no primeiro conjunto “a” tem multiplicidade dois e “b” multiplicidade um; e no segundo conjunto, “a” tem multi- plicidade um e “b”, dois. Exemplos: 1) Quantas são as combinações completas de cinco elementos tomados 3 a 3 ? Resolução: 35 !4.1.2.3 !4.5.6.7 !4!.3 !7 )!37(!3 !7 3,73,5,1, CCRCCR ppnpn 2) Calcule uma combinação com repetição classe 3 do conjunto (a, b) Resolução: 4 1!.3 !3.4 !1!.3 !4 )!34(!3 !4 3,43,2,1, CCRCCR ppnpn 3) Quantos produtos binários diferentes podem ser obtidos, utilizando como fatores os seguintes números primos: 2, 3, 5 e 7? Resolução: 10 !.3.2 !3.4.5 !3!.2 !5 )!25(!2 !5 2,52,4,1, CCRCCR ppnpn Os pares são: { (2,2) (2, 3) (2, 5) ( 2, 7) (3, 3) ( 3, 5) ( 3, 7) (5, 5) (5, 7) (7, 7) } RECONHECIMENTO DO TIPO DE AGRUPAMENTO. Quando tentamos resolver um problema de análise combinatória, nos deparamos com a seguinte questão: os agrupamentos mencionados no pro- blema são arranjos ou combinações? Para eliminar essa dúvida, devemos agir da seguinte maneira: construímos um dos agrupamentos sugeridos pelo problema e, a seguir, mudamos a ordem de apresentação dos elementos des se agrupamento: I. Se com essa mudança na ordem dos elementos obtivermos um agrupa- mento diferente do original, então esse agrupamento é um arranjo. II. Se com essa mudança na ordem dos elementos obtivermos um agrupa- mento igual ao original, então esse agrupamento é uma combinação. Exemplos: 1) Quantos triângulos ficam determinados por cinco pontos distintos e não colineares A, B, C, D e E de uma circunferência? Resolução: Um triângulo fica determinado por três pontos não colineares. Como não existem três pontos colineares no problema , vamos aplicar o crité- rio diferenciador entre arranjo e combinação. Formemos um agrupamen to de três pontos distintos e, a seguir, mudemos a ordem de apresentação de seus elementos: Triângulo ABC = Triângulo BAC. Como a mudan- ça na ordem da letras não altera o triângulo, temos que esses agrupamen tos são combinações. Logo, o número de triângulos é dado por C5,3, isto é: 10 !3!.2 !3.4.5 !2!.3 !5 )!35!.(3 !5 3,5 C triângulos. 2) Uma comissão de três membros deve ser escolhida dentre sete pes- soas. De quantos modos diferentes se pode escolher a comissão, sa- bendo que as pessoas que formarem a comissão terão funções idên- ticas? Resolução: Como a ordem dos elementos componentes não altera a comissão, temos que uma comissão é uma combinação. Logo, o número de comissões é: 35 !4!.3 !4.5.6.7 !4!.3 !7 )!37!.(3 !7 3,7 C . 3) A senha de um cartão eletrônico é formada por duas letras distintas seguidas por uma seqüência de três algarismos distintos. Quantas senhas poderiam ser confeccionadas? Resolução: Como importa a ordem em que são escolhidas as letras, bem como, a escolha dos números depende da ordem, então as maneiras de es- colhê-las tratam-se de arranjos. Logo: 000.4688.9.10.25.26 !7 !10 !24 !26 . 3,102,26 AA 4) De quantas maneiras cinco pessoas A, B, C, D e E, podem ser dispostas em fila indiana? Resolução: Cada maneira de compor a fila é uma permutação das cinco pessoas, pois qualquer fila obtida é uma seqüência ordenada na qual compare cem sempre as cinco pessoas. Assim, o resultado procurado é: P5 = 5! = 5.4.3.2.1 = 120 PERMUTAÇÃO CIRCULAR CONCEITUAÇÃO Uma reunião de presidentes de países da América do Sul será realizada em uma mesa redonda Participarão dessa reunião os presi- dentes da Argentina (A), do Brasil (B), do Chile (C), do Paraguai (P) e do equador (E). Uma preocupação do Itamaraty é com a disposição dos presidentes em torno da mesa. Em quantas ordens diferentes po- dem ser dispostos os presidentes em volta da mesa? Para podermos raciocinar, vamos imaginar uma determinada disposição,como mostrada ao lado. A E B P C Tal disposição dos elementos A, B, C, P e E em torno da mesa é uma permutação circular desses cinco elementos. Note que, se gi- rarmos no sentido horário: I. Partindo de “A”, obteremos a permutação em linha ABCPE; II. Partindo de “B” , obteremos a permutação em linha BCPEA; III. Partindo de “C”, obteremos a permutação em linha CPEAB; IV. Partindo de “P”, obteremos a permutação em linha PEABC V. Partindo de “E”, obteremos a permutação em linha EABCP. Isto é, as cinco permutações em linha ABCPE, BCPEA, CPEAB; PEABC e EABCP, correspondem a uma única permutação circular. ABCPE A BCPEA CPEAB E B PEABC EABCP P C A partir dessa correspondência, podemos relacionar o número de permutações em linha com o número de permutações circulares dos elementos A, B, C, P e E, através da seguinte regra de três: Número de permutações Número de permutações simples em linha de cinco circulares de cinco elementos elementos distintos distintos 5 1 5! x !4 5 !4.5 5 !5 x Indicando o número de permutações circulares de cinco elementos distintos por ,)5(CP temos 241.2.3.4!4)5( Cp Portanto, os cinco presidentes podem ocupar os ligares em volta da mesa em 24 disposições diferentes. CÁLCULO DO NÚMERO DE PERMUTAÇÕES CIRCULARES DE n ELEMENTOS DISTINTOS Seja} , ,{ 321 naaaa um conjunto com n elementos. O número de permutações circulares desses n elementos é indicado por )(nCP é calculado como apresentamos a seguir: Consideremos uma determinada permutação circular desses n ele- mentos . Por exemplo: 1a na 2a 1na 3a 4a Tal permutação circular corresponde a n permutações em linha, se girarmos no sentido horário. São elas: Partindo de 1a , temos nn aaaaaa , , , , , , 14321 Partindo de 2a , temos 11432 , , , , , aaaaaa nn Partindo de 3a , temos 21143 , , , , , aaaaaa nn Partindo de na , temos 14321 , , , , , nn aaaaaa Vemos então que n permutações simples em linha correspondem a uma única permutação circular. Podemos por isso relacionar o número de permutações simples em lina com o número de permutações circulares de n elementos distintos, através da seguinte regra de três: Número de permutações Número de permutações simples em linha de cinco circulares de cinco elementos elementos distintos distintos n 1 !n )(nCP )!1( )!1( )!1(! )()( nPn n nn n n P nCnC Exemplos: 1) Em quantas disposições diferentes seis pessoa podem se sentar em volta de uma mesa redonda? Resolução: 120!5)!16()6( CP . Logo, são possíveis 120 disposições. 2) Algumas crianças estão brincando de roda, isto, é, dão-se as mãos formando uma roda. È possível formar rodas com essas crianças em 720 disposições diferentes.. Quantas crianças estão brincando? Resolução: .761!6)!1(720)!1(720)( nnnnP nC Assim, sete crianças formarão a roda. 3) Numa pista circular será disputada uma prova de atletismo. Cinco juízes serão colocados em cinco pontos distintos dessa pista. Quan- tas são as possíveis disposições para esses juózes? Resolução: 24!4)!15()5( CP . Logo, são possíveis 24 disposições. 4) Uma roleta é dividida em seis setores (conforme a figura abaixo). Em cada setor será colocado um dos números 1, 2, 3, 4, 5 ou 6, em qual- quer disposição. Em quantas disposições diferentes podem ser distri- buídos esses números?. Resolução: 120!5)!16()6( CP . Logo, são possíveis 120 disposições 5) Algumas pérolas artificiais, de cores diferentes entre si, formarão um colar sem fecho. Sabendo que com essas pérolas o colar pode ser fei- to de 5040 maneiras diferentes, calcule o número de pérolas. Resolução: .871!7)!1(5040)!1(5040)( nnnnP nC Assim, temos 8 pérolas. 6) Num parque de diversões, uma roda gigante apresenta n cadeiras que devem ser pintadas uma de cada cor e todas com cores diferentes en- tre si. Sabendo que as cores podem ser apresentadas em 720 dispo- sições diferentes, determine n . Resolução: .761!6)!1(720)!1(720)( nnnnP nC 7) Quatro homens e três mulheres vão se sentar em torno de uma mesa redonda. Em quantas disposições diferentes isso pode ser feito, se pessoas do mesmo sexo devem permanecer juntas? Resolução: 1442.3.2.3.4!2.3!.3.43.4 )3()4( CC PP .Logo, são possíveis 144 disposi- ções. 8) Uma família é composta por seis pessoas: o pai, a mãe e quatro fi- lhos. Num restaurante, essa família vai ocupar uma mesa redonda. Em quantas disposições diferentes essas pessoas podem se sentar em torno da mesa de modo que o pai e mãe fiquem juntos? Resolução: 482.3.4.2!4.2)!15(22 )5( CP .Logo, são possíveis 48 disposições 9) Uma família é composta por seis pessoas: o pai, a mãe e quatro fi- lhos. Num restaurante, essa família vai ocupar uma mesa redonda. Em quantas disposições diferentes essas pessoas podem se sentar em torno da mesa de modo que o pai e mãe fiquem juntos e dois filhos briguentos não fiquem juntos? Resolução: 242.3.42.3.4.2!4 !4.2)!15( )!15(22 )5()5( CC PP .Logo, são possíveis 24 posições diferentes. 10) O número de maneiras diferentes segundo os quais um casal, dois filhos e uma filha podem sentar-se em torno de uma mesa circular, com a condição de que os dois filhos não fiquem juntos, e: Resolução: 122.3.22.3.4!.3.2 !4)!14(2 )!15(2 )4()5( CC PP .Logo, são possíveis 12 maneiras diferentes. EXERCÍCIOS DE COMBINATÓRIA 1) Resolva (n +1)! = 20(n –1)! 2) Calcule o valor de n na equação: n n nn 7 )!1( !)!1( 3) Obter “n” tal que: 25 ! )!1()!2( n nn 4) Simplifique: 2])!1[( !)!.2( n nn 5) Simplifique: ! )!1(! n nn 6) Simplifique: ! )!1(2!5 n nn 7) Obter n tal que 10 ! )!1( n n 8) Obter n tal que 6 )!2( )!1.( n nn 9) Obter n tal que 4 ! )!1()!2( n nn 10) Um rapaz possui cinco camisas e duas calças. De quantas maneiras diferentes ele poderá se vestir? 11) Num grupo de cinco rapazes e quatro moças, de quantos modos dis- tintos podem ser escolhidos um rapaz para presidente e uma moça pa ra secretária de grêmio estudantil? 12) Calcular o valor da função 8 para ! )!.4( )( 3, n n Cn nf n 13) Com os dígitos {3, 5, 6, 7}, quantos são os números de dois algaris- mos distintos que podemos formar? 14) Paulo tem seis calças, cinco camisas e três paletós. De quantas manei ras ele pode vestir uma calça, uma camisa e um paletó? 15) Um grupo de sete pessoas, entre elas Márcia e Júlia, devem ficar em fila. De quantos modos elas poderão formar essa fila, se Márcia e Jú- lia devem estar sempre juntas? . 16) Quantos números de três algarismos distintos podemos escrever com os dígitos {1, 2, 3,4, 5, 6, 7, 8, 9} 17) Numa circunferência marcam-se oito pontos distintos. Obter o núme- ro de triângulos que podemos formar com vértice nos pontos indica- dos. 18) Em uma reunião estão presentes seis rapazes e cinco moças. Quatas comissões de cinco pessoas, sendo três rapazes e duas moças, podem ser formadas? Resolução: 19) A diretoria de uma firma é constituída por sete diretores brasileiros e quatro japoneses. Quantas comissões de três brasileiros e três japoneses podem ser formadas? Resolução: 20) Em uma prova existem 10 questões para que os alunos escolham cin- co delas. De quantos modos isto pode ser feito? Resolução: 21) Resolva )1(33, xxAx Resolução: 22) Obter n tal que: 3 4 2, 3, n n C C Resolução: 23) Quantas comissões de quatro membros são possíveis de se formar com 10 indivíduos? Resolução: 24) Quantos são os anagramas da palavra „MODERNA” em que as le- tras “R” e “N” aparecem juntas? Resolução: 25) Quantos anagramas podemos formar com as letras da palavra AMA- DA? Resolução 26) Quantos anagramas da palavra „GARRAFA” começam pela sílaba “RA”? Resolução 27) Quantos são os números formados por dois algarismos distintos? Resolução 28) Com seis pontos distintos sobre uma reta e um ponto fora dela, quantos triângulos podem ser formados? Resolução: 29) De quantas maneiras diferentes podemos arrumar cinco livros numa estante? Resolução: 30) De quantas maneiras seis pessoas podem se arrumar num automóvel com três lugares na frente e três atrás, sendo que apenas uma é moto- rista? Resolução:31) Quantos números de quatro algarismos, sem repeti-los, obtém-se com os algarismos do conjunto { 1, 2, 3,4}? Resolução: 32) Numa classe de vinte alunos, o professor deseja montar grupos de cinco alunos para trabalhar no laboratório. Quantos grupos distintos poderá formar? Resolução: 33) Dispondo de seis cores, de quantas formas distintas podemos pintar uma bandeira com três listras verticais de cores diferentes? Resolução: 34) Num colégio há sete professores de matemática, cinco de física e quatro de química. Quantas comissões podemos formar com três professores de cada disciplina? Resolução: 35) Em um campeonato de futebol participam dez clubes, todos com a mesma possibilidade de vencer. De quantas maneiras diferentes po- deremos ter a classificação para os três primeiros lugares? Resolução 36) Uma urna contém dez bolas brancas e seis pretas. De quantos modos é possível tirar sete bolas das quais pelo menos quatro sejam pretas? Resolução: 37) Considerando o conjunto E = {a, b, c}, calcular o número de arranjos com repetição de classe 2. Resolução: 38) Com os algarismos (0, 1, 2, 5, 6), sem repetir, quantos números compreendidos entre 100 e 1000 podemos formar? Resolução: 39) Calcule 1,102,5 4,72,8 AA AA Resolução: 40) Obter n tal que 3,3,1 34 nn AA Resolução: 41) Obter n de modo que 302, nA Resolução: 42) Calcule o valor de n na expressão 12 4, 3, n n C A Resolução: 43) Obter n tal que 362,1 nC Resolução: 44) Resolva a equação xCx 2, Resolução: 45) Resolva a equação 72 )!1( )!1( n n Resolução: BINÔMIO DE NEWTON Chamamos de Binômio de Newton a expressão do tipo nax )( , com ,( Rx )Ra e )( Nn . Para desenvolvermos expressões deste tipo, utilizaremos o conceito de “números binomiais”. NÚMEROS BINOMIAIS. Sendo ""n e "" p números naturais, tais que pn , define-se )!(! ! pnp n p n como sendo número binomial. O símbolo p n lê-se “binomial n sobre p ”. Exemplos: 1) 10 !3.2 !3.4.5 !3!.2 !5 3 5 2) 56 !5.2.3 !5.6.7.8 !5!.3 !8 3 8 3) 1 !0!. ! n n n n CASOS PARTICULARES: 1) 1 !.1 ! !.!.0 ! 0 n n n nn 2) n n nn n nn )!1(. )!1( )!.1!.(1 ! 1 3) 1 ! ! !0!.. ! )!.(.! ! n n n n nnn n n n BINOMIAIS COMPLEMENTARES: Chama-se binomiais complementares dois binomiais de mesmo numerador em que a soma dos denominadores é igual ao numerador comum. pn n p n Exemplos: 1) 3 5 2 5 2) 4 7 3 7 3) 10 10 0 10 IGUALDADE DE BINÔMIOS: Dois números do tipo k n p n e são iguais se e somente se, tem o mesmo “denominador” ou são complementares. Exemplos: 1) 2 8 p 8 2 p ou 682 pp 2) p2 6 p 6 0 p ou 262 ppp 3) Determine ""n ),( Nn de modo que 2 8 n 8 n sejam iguais. Resolução: 51028)2( nnnn 4) Resolva a seguinte equação: 2 5 4 .2 n n n n Resolução: !2)!.2( !5 !4)!.4( !2 )]!2([)!2( !5 )]!4([)!4( ! 2 n n n n nnn n nnn n )!2.(2 )!2)(1.(5 )!4.(24 )!4).(3).(2).(1.(2 n nnn n nnnnn 02456530)3).(2).(1.(.4)1.(.120 22 nnnnnnnnnn Resolvendo a equação, temos 8n . (LEMBRE-SE QUE NÃO EXISTE FATORIAL DE NÚMEROS NEGATIVOS).. RELAÇÃO DE STIFEL. A relação de Stifel estabelece que um binomial de numerador ""n e denominador "" p é igual a soma de dois binomiais de numeradores )1( n e denominadores "" p e )1( p ; isto é: 1 11 p n p n p n Exemplos: 1) 2 4 3 4 3 5 !2!.2 !4 !1!.3 !4 !2!.3 !5 !3 !3.4 !2!.2 !2.3.4 !3.2 !3.4.5 1010 2) 7 10 8 10 8 11 !3!.7 !10 !2!.8 !10 !3!.8 !11 !7.2.3 !7.8.9.10 !8!.2 !8.9.10 !8.2 !!8.9.10.11 165165 . 3) Calcule: 12 30 13 30 Resolução: Aplicando a relação de Stifel, temos: 31301 nn .e 13p . Logo, temos: 13 31 12 30 13 30 TRIÂNGULO DE PASCAL Denomina-se triângulo de Pascal a tabela de números binomiais constituída dispondo: I. Numa mesma linha todos os binomiais que tenham numeradores iguais; II. Numa mesma coluna todos os binomiais que tenham denomina- dores iguais: 0 0 ............................ linha “0” 1 1 0 1 ............................. linha “1” 2 2 1 2 0 2 ....................... linha “2” .. . . n n n nnnn 1 2 1 0 ........... linha ""n Calculando-se cada binomial, o triângulo fica: 1 1 1 1 2 1 1 3 3 1 1 4 6 4 1 ............. ............................ PROPRIEDADES DO TRIÂNGULO DE PASCAL 1. Elementos eqüidistantes dos extremos são iguais (BINOMIAIS COMPLE- MENTARES) 2. Obtém-se p n pela relação de Stifel 1 11 p n p n p n 3. Em todas as linhas o primeiro e último elementos são iguais a 1 4. Obtém-se o binomial da linha seguinte, somando-se dois binomiais consecutivos da linha anterior. 5. A soma de dois binomiais de uma mesma linha é uma potência de base 2, onde o expoente é a ordem da linha dada, pelo numerador. OBSERVAÇÕES: i. Podemos utilizar o triângulo de Pascal para desenvolver as potências do binômio da forma nax )( com Nn . ii. O desenvolvimento de nax )( é um polinômio com )1( n termos. Exemplos: 1) Desenvolva 4)( ax Resolução: 1 1 1 1 2 1 1 3 3 1 1 4 6 4 1 Os números encontrados são os coeficientes do desenvolvimento, onde as potências de x decrescem de ""n até zero e as potências de ""a crescem de zero até "."n Logo, a solução é: 4322344 .1..4..6..4.1)( axaxaxaxax 432234 464 axaxaaxx 2) Desenvolva 3)( ax Resolução: 1 1 1 1 2 1 1 3 3 1 3)( ax 133 23 xxx 3) Desenvolva 4)32( x Resolução: 1 1 1 1 2 1 1 3 3 1 1 4 6 4 1 4)32( x = 43223104 3)2.(3.4)2.(3.6)2.(3.43.)2.(1 xxxx 812162169616 234 xxxx 4) Desenvolva 4)1( i Resolução: 1 1 1 1 2 1 1 3 3 1 1 4 6 4 1 4)1( i = 4322304 .1.4.1.6.1.4.1 iiiii 414641 ii FÓRMULA DO BINÔMIUO DE NEWTON. Para o desenvolvimento do binômio de Newton, podemos utilizar a seguinte fórmula: nnnnn ax n n ax n ax n ax n ax 022110 .. 2 .. 1 .. 0 )( Observe que, em qualquer termo do binômio, a soma dos expoentes de ""x e de ""a é sempre igual a ""n Exemplos: 1) Calcule 5)( ax Resolução: 5)( ax = 051423324150 .. 5 5 . 4 5 . 3 5 . 2 5 . 1 5 .. 0 5 xaxaxaxaxaxa = 54233245 510105 axaxaxaaxx 2) Desenvolva 4)32( x . Resolução: 5)( ax = 0413223140 )2(3. 4 4 )2(3. 3 4 )2(3. 2 4 )2(3. 1 4 )2.(3. 0 4 xxxxx = 812.27.44.9.68.3.416 234 xxxx = 812162169616 234 xxxx 3) Desenvolva 5)3( yx Resolução: 5)3( yx = .)()3().( 4 5 )3().( 3 5 )3().( 2 5 )3().( 1 5 )3.().( 0 5 51423324150 yxyxyxyxyxy 54233245 1590270405243 yxyxyxyyxx 4) Desenvolva 7)4( a Resolução: 7)4( a = .)(4.).( 6 7 4.).( 5 7 4)( 4 7 4.)( 3 7 4.).( 2 7 4.)( 1 7 4.)( 0 7 7625 3443526170 aaa aaaaa = 765432 2833622408960215042867216384 aaaaaaa Exercícios: Efetue os seguintes desenvolvimentos: 1) 5)2( x = 2) 4)3( a = 3) 5) 3 1 ( x = 4) 6) 2 1 ( x = 5) 3) 3 1 3( x = 6) 72 )1( x = 7) 4)31( = 8) 4) 1 ( x x = 9) 5)35( = 10) 6) 2 1 ( x = TERMO GERAL. Podemos escrever um termo qualquer do desenvolvimento de nax )( , sem escrever todo o desenvolvimento. Para isso usaremos a fórmula: ppn p ax p n T ..1 , onde 1p é a posição do termo e ""n é o expoente do binômio. Exemplos: 1) Determine o 6º termo do desenvolvimento de 8)2( x Resolução: 561..1 ppax p n T ppnp 36 333 6 558 6 179232 !5.2.3 !5.6.7.8 32 !3!.5 !8 32. 5 8 2. 5 8 xTxxxTxT 2) Determine o 4º termo de 62 )( yx Resolução: 341..1 ppax p n T ppnp 634 63332 4 3362 4 20)( !3!.3 !6 )().( 3 6 )().( 3 6 xyTxyyxTyxT 3) Qual é 5º termo do desenvolvimento de ?)23( 8yx Resolução: 451..1 ppax p n T ppnp 44445 448 5 )2()3( !4!.4 !8 )2()3.( 4 8 )2()3.( 4 8 yxyxTyxT 445 44 907201681 !4.2.3.4 !4.5.6.7.8 yxTyx 4) Qual o termo médio do desenvolvimento de ?)3( 8x Resolução: Se 8n → o desenvolvimento terá 9 termos, logo o termo médio será o 5º termo (SÓ EXISTE TERMO MÉDIO SE n FOR UM NÚMERO PAR) 451..1 ppax p n T ppnp 4 5 444 5 448 5 567081 !4..2.3.4 !4.5.6.7.8 81 !4!.4 !8 81.. 4 8 3. 4 8 xTxxxTxT 5) Qual o termo em 5x do desenvolvimento de 5 3 2 ) 1 ( x x Resolução: Aplicando a fórmula do termo geral e igualando o expoente de x `5, encontramos o valor de p , somando-lhe uma unidade, encontramos o termo procurado. pp p pp p xx p Txx p T 32101 352 1 . 5 .).( 5 pp x p T 5101 5 .15510 pp Somando-lhe uma unidade, teremos o termo em 5x que é o segundo termo. 6) Determine o termo independente de x no desenvolvimento de 62 ) 1 ( x x Resolução O termo independente é o termo onde o expoente de x é igual a zero. pp p pp p xx p Txx p T . 6 .).( 6 212 1 62 1 px p 312 6 .40312 pp 15 4 6 4 6 55 0 5 TTxT 7) No desenvolvimento do binômio 82 )52( x , determine (se existir) o termo em 10x . Resolução: Aplicando a fórmula do termo geral e igualando o expoente de x `10, encontramos o valor de p , somando-lhe uma unidade, encon- tramos o termo procurado. ppp p pp p x p Tx p T )5.(.2. 8 )5.()2.( 8 2168 1 82 1 310216 pp 10104 3105 4 000.224).125(32 !!5.2.3 !!5.6.7.8 )5(.2. 3 8 xxTxT 8) Determine o termo independente de x no desenvolvimento de 122 ) 1 ( x x Resolução O termo independente é o termo onde o expoente de x é igual a zero. ppp p pp p x p xx p Txx p T 3242241 122 1 )( 12 ).(. 12 ).().( 12 80324 pp 495 !4!.8 !8.9.10.11.12 8 12 . 8 12 999 0 9 TTTxT 9) Qual o termo médio do desenvolvimento de ?)( 8 2 3 x y yx Resolução: Se 8n → o desenvolvimento terá 9 termos, logo o termo médio será o 5º termo (SÓ EXISTE TERMO MÉDIO SE n FOR UM NÚMERO PAR) 451..1 ppax p n T ppnp 845 48412 5 4243 5 70... 4 8 ).()..( 4 8 yxTyxyxTyxyxT 10) Calcular o 3º termo do desenvolvimento de 6)5( x Resolução: Se é o 3º termo, 2p 4 5 4 5 24 3 37525 !4!.2 !6 5.. 2 6 xTxTxT
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