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1MATEMÁTICA Módulos 17 – Fatorial e número binomial 18 – Propriedades dos números binomiais 19 – Binômio de Newton – Desenvolvimento de (x + y)n 20 – Análise combinatória – Princípio da contagem e arranjos 21 – Permutações 22 – Combinações simples ANÁLISE COMBINATÓRIA 17 Palavras-chave: Fatorial e número binomial • Número natural • Fatorial 1. Fatorial O fatorial de um número natural n, representado pelo símbolo n! (lê-se: n fatorial ou fatorial de n), é um número definido por: , ∀n ∈ �* Observe que é uma definição por recorrência, ou seja, cada fatorial é calculado com a utilização do fatorial anterior. Assim: 0! = 1 1! = 1 . 0! = 1 . 1 = 1 2! = 2 . 1! = 2 . 1 3! = 3 . 2! = 3 . 2 . 1! = 3 . 2 . 1 4! = 4 . 3! = 4 . 3 . 2! = 4 . 3 . 2 . 1 n! = n . (n – 1)! = n . (n – 1) . (n – 2)! = ... De um modo geral, pois, temos: Exemplos 1. Calcular 5! Resolução 5! = 5 . 4 . 3 . 2 . 1 = 120 2. Calcular Resolução = = 6 . 5 = 30 2. Número binomial Sendo n e k dois números naturais, o número binomial de ordem n e classe k, ou simplesmente o 0! = 1 n! = n . (n – 1)! n! = n . (n – 1) . (n – 2) ... 3 . 2 . 1 6! ––– 4! 6 . 5 . 4! ––––––––– 4! 6! ––– 4! C3_2A_MAT_ROSE_2022.qxp 22/03/2022 09:35 Página 1 2 MATEMÁTICA binomial n sobre k, representado pelo símbolo , é um novo número natural definido por: , se n � k , se n < k Exemplos a) = = = = 10 b) = = = 35 3. Binomiais complementares Os números binomiais e , chamados complementares, são iguais. Simbolicamente, supondo n � k: Demonstração ⇒ ⇒ Consequência da propriedade Se os números naturais n, k e p forem tais que n � k e n � p, então: Exemplo Resolva a equação = � 0 Resolução = � 0 ⇔ 2x + 1 = 7 – x ou 2x + 1 + 7 – x = 17 ⇔ x = 2 ou x = 9 O número 9 não é raiz pois para x = 9 o número 7 – x não é natural. Resposta: V = {2} n� �k n n!� � = ––––––––––– k k! (n – k)! n� � = 0k 5� �3 5! –––––––– 3!(5 – 3)! 5!–––––– 3! 2! 5 . 4 . 3!/ –––––––– 3!/ 2 . 1 7� �4 7! ––––– 4!3! 7 . 6 . 5 . 4!/ –––––––––––– 4!/ . 3 . 2 . 1 n� �k n� �n – k n n� � = � �k n – k n n!� � = ––––––––––––k k!(n – k)! n n! n!� � = ––––––––––––––––––– = –––––––––n – k (n – k)![n – (n – k)]! (n – k)!k! n n� � = � �k n – k n n� � = � � , k = p ou k + p = nk p 17 � �2x + 1 17 � �7 – x 17 � �2x + 1 17 � �7 – x � (ESPM) – A expressão equivale a a) 4 . 13! b) 4! . 13! c) 15! d) 16 . 13! e) 16! Resolução = = = 2 . 1 . 2 . 2 . 2 . 7 . 6 . 5 . 13! = 2 . 2 . 2 . 2 . 3 . 5 . 2 . 7 . 13! = = 16 . 15 . 14 . 13! = 16! Resposta: E � De uma reunião participam n pessoas (n ≥ 2). Se todas elas se cumprimentam com um aperto de mãos, então o total de apertos de mãos é dado por = . Se em uma festa todos os presentes se comprimentarem com um aperto de mãos e foram registrados 190 cumprimentos desse tipo, quantas pessoas estavam presentes no local? a) 15 b) 18 c) 20 d) 24 e) 26 Resolução = 190 ⇒ = 190 ⇒ ⇒ = 190 ⇒ = 190 ⇒ ⇒ n2 – n – 380 = 0 ⇒ n = 20, pois n ∈ �. Resposta: C � Calcule o valor de cada número binomial dado a seguir. a) b) c) d) Resolução a) = = = 792 b) = = = 792 c) = = 1 d) = = 1 �125� 2 . 1 . 8 . 7 . 6 . 5 . 4! . 13! ––––––––––––––––––––––––––– 4! 2! . 8! . 13! ––––––––––––– 4! 2! . 8! .13! ––––––––––– 4! � 127 � � 50 � � 55 � � 125 � 12! ––––––– 5! 7! 12 . 11 . 10 . 9 . 8 . 7! ––––––––––––––––––––– 5 . 4 . 3 . 2 . 1 . 7! � 127 � 12! ––––––– 7! 5! � 12 5 � � 50 � 5! ––––––– 0! 5! � n2 � n! ––––––––– 2! (n – 2)! � n2 � n! ––––––––––– 2! . (n – 2)! n(n – 1)(n – 2)! ––––––––––––––– 2! . (n – 2)! n2 – n –––––––– 2 5! ––––––– 5! 0!�55� Exercícios Resolvidos C3_2A_MAT_ROSE_2022.qxp 22/03/2022 09:35 Página 2 3MATEMÁTICA � O valor de é: a) 45 b) 60 c) 80 d) 90 e) 100 RESOLUÇÃO: = = 90 Resposta: D � O valor da expressão é: a) 352 b) 362 c) 372 d) 382 e) 392 RESOLUÇÃO: = = = = 36 . (37 – 1) = 362 Resposta: B � Simplificando , com n ∈ �*, obte mos: a) n + 1 b) n c) n – 1 d) n(n – 1) e) (n + 1) . n RESOLUÇÃO: (n + 1)! (n + 1) . n . (n – 1)! –––––––––––––––– = –––––––––––––––––––– = n (n + 1) . (n – 1)! (n + 1) . (n – 1)! Resposta: B Nas questões de � a �, calcular os números bino miais. � = RESOLUÇÃO: = = = 56 � = RESOLUÇÃO: = = 56 Obs.: = , pois são números binomiais complementares. � = RESOLUÇÃO: = = 1, obs.: = 1, ∀n ∈ � = RESOLUÇÃO: = = 1, obs.: = 1, ∀n ∈ � = RESOLUÇÃO: = = = 9, obs.: = n, ∀n ∈ � � = RESOLUÇÃO: = 0, obs.: = 0, quando n ∈ �, k ∈ � e n < k � Resolver, em �, a equação = � 0. RESOLUÇÃO: 2x – 5 = x ⇔ x = 5 ou 2x – 5 + x = 13 ⇔ x = 6 Resposta: V = {5; 6} 10 !____ 8! 10 . 9 . 8 !__________ 8! 10 !____ 8! 37 ! – 36 !__________ 35! 35! (37 . 36 – 36)________________ 35! 37 . 36 . 35! – 36. 35!_____________________ 35! 37 ! – 36 !__________ 35! (n + 1)! –––––––––––––– (n + 1) . (n – 1)! 8� �5 8 . 7 . 6 . 5! ––––––––––––– 5! . 3 . 2 . 1 8! ––––––– 5! 3! 8� � 5 8� �3 8! ––––––– 3! 5! 8� �3 8� �38� �5 9� �0 n� � 0 9! ––––––– 0! 9! 9� � 0 9� �9 n� � n 9! ––––––– 0! 9! 9� � 9 9� �1 n� � 1 9 . 8! ––––––– 1 . 8! 9! ––––––– 1! 8! 9� � 1 5� �8 n� � k 5� � 8 13� �x 13� �2x – 5 Exercícios Propostos C3_2A_MAT_ROSE_2022.qxp 22/03/2022 09:35 Página 3 4 MATEMÁTICA 1. Relação de STIFEL Se n ∈ �*, k ∈ �* e n � k então: Demonstração Observação 2. Relação de FERMAT Se n ∈ �, k ∈ � e n ≥ k, então: Demonstração a) . = . = = b) = c) De (a) e (b), concluiu-se que: . = Observação 3. Binomiais do tipo e e , ∀n ∈ � Demonstração a) = = = 1 b) = = = 1 4. Triângulo de Pascal Definição É uma tabela formada por números binomiais, do tipo , dispostos de tal forma que os binomiais de mes mo n situam-se na mesma linha e os de mesmo k na mesma coluna. � � … n� �k + 1 n – k ––––– k + 1 n� �k n! ––––––––––––––––– (k + 1)! (n – k – 1)! n� �k + 1 n! –––––––––––––––– (k + 1)!(n – k– 1)! n – k ––––– k + 1 n! ––––––––– k!(n – k)! n – k –––––– k + 1 n� �k n n – k n� � . –––––– = � � k k + 1 k + 1 A principal aplicação da Relação de Stifel é na construção do Triângulo de Pascal, como vere - mos no item 5. n – 1 n –1 (n – 1)! (n – 1)!� �+� �= ––––––––––– + –––––––––––– = k – 1 k (k –1)!(n–k)! k!(n – k – 1)! k . (n – 1)! + (n – k) . (n – 1)! = –––––––––––––––––––––––––– = k!(n – k)! [k + (n – k)] . (n – 1)! = –––––––––––––––––––– = k!(n – k)! n . (n – 1)! n! n = ––––––––––– = ––––––––– = � �k!(n – k)! k!(n – k)! k n – 1 n – 1 n� � + � � = � �k – 1 k k A Relação de Fermat permite calcular, de uma maneira muito sim ples, os coeficientes do desen vol vimento de (x + y) n. É o que veremos no item 2.d do módulo 19. n� �n n� �0 n� � = 1n n� � = 10 n! ––––– 1 . n! n! ––––– 0!n! n� �0 n! ––––– n! . 1 n! ––––– n!0! n� �k �00� �11�� 1 0� �22�� 2 1�� 2 0� �33�� 3 2�� 3 1�� 3 0� �44�� 4 3�� 4 2�� 4 1�� 4 0� �nn�� n 4�� n 3�� n 2�� n 1�� n 0� n� �n 18 Palavras-chave: Propriedades dos números binomiais • Triângulo de Pascal • Linhas • Colunas • Diagonais C3_2A_MAT_ROSE_2022.qxp 22/03/2022 09:35 Página 4 5MATEMÁTICA Construção do Triângulo de Pascal Uma maneira de construir o Triângulo de Pascal é calcular os números pela definição. Pode-se, en - tretanto, construir sem calcular cada um dos bino miais. Basta notar que: a) O primeiro e o último elemento de cada linha são sempre iguais a 1, pois: b) Os demais elementos de cada linha são obtidos usando a Relação de Stifel. Observe que os binomiais da relação + = , dispostos no Triângulo de Pascal, sugerem que Somando-se dois números binomiais consecutivos de uma mesma linha, o resultado encontra-se abaixo do binomial da direita. Observe a sequência da cons tru ção do triângulo: etc. 5. Propriedades do triângulo de Pascal a) Em qualquer linha, a partir da segunda, dois bi - no miais equidistantes dos extremos são iguais, pois são binomiais complementares.Exemplo A linha do triângulo correspondente a n = 5 é: b) A soma de todos os binomiais da linha n é 2n: Exemplo + + + + + = 25 = 32 1 1 1 1 1 1 2 3 + = 1 1 3 d) 1 1 1 1 1 1 1 2 3 + = 1 1 c) 1 1 1 1 1 1 1 2 + = 1 b) 1 1 1 1 1 1 1 . . . 1 1 1 1 a) n – 1 k – 1 n – 1 k n k + = ⇔ n – 1 k – 1 + n – 1 k = n k n – 1 0 n – 1 1 n – 1 2 . . . n – 1 k – 1 0 0 1 0 1 1 2 0 2 1 2 2 . . . + n – 1 k = . . . . . . n k – 1 n 0 n 1 n 2 n k . . . . n� �k n – 1� �k n – 1� �k – 1 0 1 2 n� � = � � = � � = ... = � � = 1, ∀n ∈ �0 0 0 0 0 1 2 n� � = � � = � � = ... = � � = 1, ∀n ∈ �0 1 2 n n� �k 1 1 1 1 1 1 2 3 4 + = 1 1 3 1 e) 1 5 10 10 5 1 n n n n� � + � �+ � � + … + � � = 2n0 1 2 n �55�� 5 4�� 5 3�� 5 2�� 5 1�� 5 0� C3_2A_MAT_ROSE_2022.qxp 22/03/2022 09:35 Página 5 6 MATEMÁTICA c) A soma dos binomiais da coluna k, a partir do primeiro, é igual ao binomial localizado na próxima linha e na próxima coluna do último binomial somado. Exemplos Generalizando: d) A soma dos binomiais de uma diagonal (“para - lela” ao lado oblíquo do triângulo), a partir do primeiro, é igual ao binomial abaixo do último binomial somado. Exemplos Generalizando: k k + 1 k + 2 n n + 1 � �+ � �+ � � +…+� � = � �0 1 2 n – k n – k 2 3 4 5 � � + � � + � � = � �0 1 2 2 0 1 2 3 4 5 � � + � � + � � + � � + � � = � �0 1 2 3 4 4 1 0 2 0 3 0 4 0 1 1 2 1 3 1 4 1 4 4 5 4 5 5 5 0 5 1 5 3 3 3 4 3 2 2 3 2 4 2 5 2 0 0 + + + + + + = = k k + 1 k + 2 n n + 1 � �+ � �+ � � +…+ � � = � �k k k k k + 1 2 3 4 5 � � + � � + � � = � �2 2 2 3 0 1 2 3 4 5 � � + � � + � � + � � + � � =� �0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 2 2 3 2 4 2 5 2 3 3 4 3 5 3 4 4 5 4 + + + + + + == � Calcular Resolução Observando, pela Relação de Stifel, que , temos: Resposta: 969 � Calculando , obtém-se a) 120 b) 464 c) 495 d) 792 e) 912 Resolução = = + + + + = (soma na diagonal do triângulo de Pascal) = Resposta: C 19! 19.18.17 = ––––––– = ––––––––– = 969 16!.3! 3.2.1 18 18 19 = � � + � � = � � = 15 16 16 17 17 18 � � + � � + � � = 14 15 16 17 17 18 � � + � � = � �14 15 15 17 17 18 � � + � � + � �14 15 16 n + 7� �n 4 ∑ n = 0 n + 7� �n 4 ∑ n = 0 12� �4 11� �4 10� �3 9� �2 8� �1 7� �0 7� �0 8� �1 9� �2 10� �3 11� �4 12� �4 = 495 12 . 11 . 10 . 9 ––––––––––––– 4 . 3 . 2 . 1 = 12� �4 Exercícios Resolvidos C3_2A_MAT_ROSE_2022.qxp 22/03/2022 09:35 Página 6 7MATEMÁTICA � O triângulo de Pascal é uma tabela de números binomiais, dispostos como segue: � � � � � Reescreva o triângulo, substituindo cada número binominal pe - lo seu valor, e em seguida verifique as seguintes proprie dades: dos binomiais equidistantes dos extremos (complementares), das linhas, das colunas e das diagonais. RESOLUÇÃO: Nas questões de � a �, completar: � + = RESOLUÇÃO: + = = = = 56 Resposta: 56 � + + + + + + = RESOLUÇÃO: + + + + + + = 26 = 64 Resposta: 64 � + + + + = RESOLUÇÃO: + + + + = = = = = 70 Resposta: 70 � + + + + = RESOLUÇÃO: + + + + = = 70 Resposta: 70 � Calcular o valor da expressão: RESOLUÇÃO: = = Resposta: 5 4� �44� �34� �24� �14� �0 3� �33� �23� �13� �0 2� �22� �12� �0 1� �11� �0 0� �0 7� �37� �2 8 . 7 . 6 . /5! –––––––––––– 3 . 2 . 1 . /5! 8! ––––––––– 3! (8 – 3)! 8� �37� �37� �2 6� �66� �56� �46� �36� �26� �16� �0 6� �6 6� �5 6� �4 6� �36� �26� �1 6� �0 8� �4 7� �4 6� �35� �24� �1 3� �0 7� �46� �35� �24� �13� �0 5 10 . 23 + 2 . � � 3 10 . 8 + 2 . 10 100 –––––––––––––––––– = –––––––––––––––– = ––––– = 5 6 20 20� � 3 7� �36� �35� �34� �33� �3 8� �47� �3 6� �35� �34� �3 3� �3 8 . 7 . 6 . 5 . 4! –––––––––––––– 4! . 4 . 3 . 2 . 1 8! ––––––––– 4!(8 – 4)! 3 3 3 3 2 3 4 10�� � + � � + � � + � �� + 2�� � + � � + � ��0 1 2 3 2 2 2 –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 2 3 4 5� � + � � + � � + � � 0 1 2 3 10 + + + +2 + + ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– + + + �� 30 � � 3 1 � � 3 2 � � 3 3 � � 2 2 �� � 3 2 � � 4 2 ��� � 20 � � 3 1 � � 4 2 � � 5 3 � Exercícios Propostos C3_2A_MAT_ROSE_2022.qxp 22/03/2022 09:35 Página 7 8 MATEMÁTICA 1. Desenvolvimento de (x + y)n Observando as identidades (x + y)0 = 1 (x + y)1 = 1 . x + 1 . y (x + y)2 = 1 . x2 + 2 . xy + 1 . y2 (x + y)3 = 1 . x3 + 3 . x2y + 3 . xy2 + 1 . y3 nota-se que, nas parcelas de cada desenvolvimento: a) as potências de x aparecem com expoentes em ordem decrescente; b) as potências de y aparecem com expoentes em ordem crescente; c) os coeficientes numéricos coincidem com os elementos das linhas do Triângulo de Pascal. A partir destas considerações, induz-se uma maneira genérica de desenvolver (x + y)n. É o Teorema do Binômio de Newton. 2. Teorema do Binômio de Newton a) Sendo x e y dois números reais e n um número natural, demonstra-se que: b) Utilizando o símbolo de somatório, pode-se também escrever: c) Número de parcelas: o desenvolvimento de (x + y)n tem n + 1 parcelas. d) Cálculo dos coeficientes: Os coeficientes numéricos , , , ..., podem ser calculados pela definição de Número Binomial ou então podem ser obtidos diretamente de cada linha do Triângulo de Pascal. A maneira mais prática de calcular os coeficientes, porém, é lembrar que o primeiro é sempre igual a 1 e que os demais são obtidos a partir do anterior pela Relação de Fermat, que é . = . Observe: n� �n n� �2 n� �1 n� �0 n� �k + 1 n – k�–––––�k + 1 n� �k n n (x + y)n = ∑ � � . xn – k . ykk k = 0 n n� � . (n – k) ÷ (k + 1) = � �k k + 1 • ÷ =cada coeficiente expoente de x expoente de y aumentado de 1 coeficiente seguinte n n n n n (x + y)n = � � . xn . y0 + � � . xn – 1 . y1 + � � . xn – 2 . y2 + … + � � . xn – k . yk + … � � . x0 . yn0 1 2 k n T1 T2 T3 Tk + 1 Tn + 1 19 Palavras-chave: Binômio de Newton – Desenvolvimento de (x + y)n • Termo geral • Coeficientes • Expoentes C3_2A_MAT_ROSE_2022.qxp 22/03/2022 09:35 Página 8 9MATEMÁTICA e) Observando que (x – y)n = [x + (– y)n] e que (– y)0 = y0, (– y)1 = – y1, (– y)2 = y2, (– y)3 = – y3 etc., temos: 3. Termo geral Podemos concluir que o termo de ordem k + 1 do desen volvimento de (x + y)n feito segundo os expoen tes decrescentes de x, é: É importante observar que, no desenvolvimento de (x + y)n, feito segundo expoentes crescentes de x, o ter mo de ordem k + 1 é: 4. Soma dos coeficientes A soma dos coeficientes numéricos do desenvol vi men to de (ax + by)n, com a e b constantes, obtém-se fazendo x = y = 1. A soma vale, portanto, (a . 1 + b . 1)n, ou seja, (a + b)n. n n n n (x – y)n = � � . xny0 – � � . xn – 1y1 + � � . xn – 2y2 – � � xn – 3y3 + ...0 1 2 3 n n n n n (x + y)n = � � . xn . y0 + � � . xn – 1 . y1 + � � . xn – 2 . y2 + … +� � . xn – k . yk + … � � . x0 . yn0 1 2 k n T1 T2 T3 Tk + 1 Tn + 1 n Tk + 1 = � � . xn – k . ykk n Tk + 1 = � � . xk . yn – kk Exercícios Resolvidos � O valor da expressão E = (99)5 + 5 . 994 + 10 . 993 + 10 . 992 + 5 . 99 + 1 é igual a: a) 99999 b) 1009 c) 1099 d) 1010 e) 105 ResoluçãoE = (99)5 + 5 . 994 + 10 . 993 + 10 . 992 + 5 . 99 + 1 = = (99 + 1)5 = 1005 = (102)5 = 1010 Resposta: D � O quarto termo do desenvolvimento de (2x + y)8, feito segundo os expoentes decres centes de x, é igual a: a) 56x5y3 b) 36x3y5 c) 1792x5y3 d) 1792x3y5 e) 2240x4y4 Resolução Como Tk + 1 = � �xn – kyk para (x + y)n, temos: T4 = � � (2x)5 . y3 = 56 . 32x5y3 = 1792x5y3 Resposta: C � Considerando o desenvolvimento do binô mio x2 – 10 , calcule: a) o termo médio. b) o termo independente de x. Resolução a) Como o desenvolvimento tem 10 + 1 = 11 termos, o termo médio é o sexto. Tk+1 = x n – k . yk T6 = (x 2)10 – 5 . (– x– 3)5 = – 252 . x – 5 = – b) Tk + 1 = (x 2)10 – k . (– x– 3)k = . x20 – 2k . (– 1)k . x– 3k = = (– 1)k . x20 – 5k 20 – 5k = 0 ⇒ k = 4 O termo independente de x é (– 1)4 . x0 = 210. Respostas: a) – b) 210 n k 8 3 � 1–––x3 � n� �k 10� �5 252 ––––– x5 10� �k 10� �k 10� �k 10� �4 252 ––––– x5 C3_2A_MAT_ROSE_2022.qxp 22/03/2022 09:35 Página 9 10 MATEMÁTICA � Desenvolver: a) (x + y)0 = 1 b) (x + y)1 = 1x + 1y c) (x + y)2 = 1x2 + 2xy + 1y2 d) (x + y)3 = 1x2 + 3x2y + 3xy2 + 1y3 e) (x + y)4 = 1x4 + 4x3y + 6x2y2 + 4xy3 + 1y4 f) (x + y)5 = 1x5 + 5x4y + 10x3y2 + 10x2y3 + 5xy4 + 1y5 g) (x – y)5 = x5 – 5x4y + 10x3y2 – 10x2y3 + 5xy4 – y5 � Calcular o quarto termo do desenvolvimento de (x + 2y)10, feito segundo os expoentes decrescentes de x. RESOLUÇÃO: Tk + 1 = . x 10 – k . (2y)k T4 = Tk + 1 → k = 3 T4 = . x 10 – 3 . (2y)3 = . x7 . 23 . y3 = = . x7 . 8y3 = 960x7y3 Resposta: 960x7y3 � Calcular o termo de grau 9 no desenvolvimento de RESOLUÇÃO: I) Tk + 1 = . (x 2)12 – k . k = = . x24 – 2k . x– 3k = . x24 – 5k II) 24 – 5k = 9 ⇔ 5k = 15 ⇔ k = 3 III) T4 = . x 9 = . x9 = . x9 = 220x9 Resposta: 220x9 � A soma dos coeficientes dos termos do desen vol vimento de (2x + y)6 é: a) 81 b) 7776 c) 729 d) 2048 e) 243 RESOLUÇÃO: Fazendo x = y = 1, temos: (2 + 1)6 = (3)6 = 729 Resposta: C 10� �k 10� �3 10! –––––– 3! . 7! 10 . 9 . 8 . 7! ––––––––––––– 3 . 2 . 1 . 7! 1 12�x2 + –––�x3 12� �k � 1 ––– x3 � 12� �k 12� �k 12� �3 12!–––––––3! . 9! 12 . 11 . 10 . 9! –––––––––––––– 3 . 2 . 1 . 9! Exercícios Propostos C3_2A_MAT_ROSE_2022.qxp 22/03/2022 09:35 Página 10 11MATEMÁTICA 1. Princípio fundamental da contagem Os problemas de Análise Combinatória são, basica - mente, problemas de contagem. A abordagem destes proble mas é baseada num fato, de fácil com prova ção, denominado Princípio Fundamental da Contagem ou, simples mente, Regra do Produto, enunciado e exem - plificado a seguir. Enunciado Um acontecimento é composto de dois estágios su - ces sivos e independentes. O primeiro estágio pode ocor - rer de m modos distintos; em seguida, o segundo es tá - gio pode ocorrer de n modos distintos. Nestas condições, dizemos que “o número de maneiras dis tin tas de ocor - rer este acontecimento é igual ao produto m . n”. Exemplo Um estudante, ao se inscrever no Concurso para Vestibular, deve escolher o Curso e a Faculdade que deseja cursar. Sabe-se que existem cinco cursos pos - síveis: Engenharia, Medicina, Odontologia, Arquite tura e Direito. Cada curso pode ser feito em três faculdades possíveis: Estadual, Federal e Particular. Qual é o número total de opções que o estudante pode fazer? Resolução De acordo com o Princípio Fundamental da Conta - gem, o número total de opções que o estudante pode fazer é 5 x 3, ou seja, 15. Podemos ilustrar estas 15 op - ções com o auxílio da árvore de possibilidades, obser - vando que, para cada um dos cinco cursos pos síveis (E, M, O, A, D), existem três faculdades possíveis (E, F, P). Generalizações Quando um acontecimento for composto por k está - gios sucessivos e in depen dentes, com, respectiva mente, n1, n2, n3, ..., nk possibilidades cada, o número total de ma neiras distintas de ocorrer este acontecimento é n1 . n2 . n3 . ... . nk. 2. Técnicas de contagem Seja A = {a; b; c; d; ...; j} um conjunto formado por 10 elementos distintos, e consideremos os “agrupa men tos ab, ac e ca”. Os agrupamentos ab e ac são considerados sempre distintos, pois diferem pela natureza de um elemento. Os agrupamentos ac e ca, que diferem apenas pela ordem de seus elementos, podem ser considerados distintos ou não. Se, por exemplo, os elementos do conjunto A fo rem pontos, A = {A1, A2, A3, ..., A10}, e ligando estes pontos desejarmos obter retas, então os agrupamentos A1A2 e A2A1 são iguais, pois representam a mesma reta. Se, por outro lado, os elementos do conjunto A forem algarismos, A = {0, 1, 2, 3, ..., 9}, e com estes algarismos desejarmos obter números, então os agru - pamentos 12 e 21 são distintos, pois representam núme ros diferentes. Do que foi exposto, podemos concluir que: a) Existem problemas de contagem em que os agru - pa mentos, a serem contados, são considerados distin - tos, apenas quando diferem pela natureza de pelo menos um de seus elementos. É o caso em que ac = ca. Escolha do Curso Escolha da Faculdade Resultado E F P E F P E F P E F P E F P D A O M E E E E F E P M E M F M P O E O F O P A E A F A P D E D F D P 20 Palavras-chave: Análise combinatória – Princípio da contagem e arranjos • Contagem • Sequências C3_2A_MAT_ROSE_2022.qxp 22/03/2022 09:35 Página 11 12 MATEMÁTICA Neste caso, os agrupamentos são chamados com - binações. Caso típico O conjunto A é formado por pontos e o problema é saber quantas retas esses pontos determinam. b) Existem problemas de contagem em que os agru - pa men tos, a serem contados, são considerados distin - tos, quando diferem tanto pela natureza como pela ordem de seus elementos. É o caso em que ac � ca. Neste caso, os agrupamentos são chamados arran jos. Caso típico O conjunto A é formado por algarismos e o pro ble - ma é contar os números por eles determinados. 3. Arranjos simples Definição Seja A um conjunto com n elementos e k um natural menor ou igual a n. Chamam-se arranjos simples k a k, dos n elementos de A, os agrupamentos, de k elementos distintos cada, que diferem entre si ou pela natureza ou pela ordem de seus elementos. Cálculo do número de arranjos simples Na formação de todos os arranjos simples dos n elementos de A, tomados k a k, temos: n possibilidades na escolha do 1o. elemento; n – 1 possibilidades na escolha do 2o. elemento, pois um deles já foi usado; n – 2 possibilidades na escolha do 3o. elemento, pois dois deles já foram usados; � n – (k – 1) possibilidades na escolha do ko. ele - mento, pois k – 1 deles já foram usados; Pelo Princípio Fundamental da Contagem, represen - tando com o símbolo An, k o número total de arranjos simples dos n elementos de A (tomados k a k), temos: (é o produto de k fatores) Multiplicando e dividindo por (n – k)!: n(n – 1) (n – 2) . ... . (n – k + 1) . (n – k)! An,k = –––––––––––––––––––––––––––––––––––––, (n – k)! notamos que n(n – 1)(n – 2) . ... . (n – k + 1) . (n – k)! = n!; assim, podemos também escrever n! An,k = –––––––– (n – k)! An,k = n . (n – 1) . (n – 2) . ... . (n – k + 1) � Jogar baralho é uma atividade que estimula o raciocínio. Um jogo tradicional é a Paciência, que utiliza 52 cartas. Inicialmente são formadas sete colunas com as cartas. A primeira coluna tem uma carta, a segunda tem duas cartas, a terceira tem três cartas, a quarta tem quatro cartas, e assim sucessivamente até a sétima coluna, a qual tem sete cartas, e o que sobra forma o monte, que são as cartas não utilizadas nas colunas. A quantidade de cartas que forma o monte é a) 21. b) 24. c) 26. d) 28 e) 31. Resolução A quantidade de cartas que forma o monte é 52 – (1 + 2 + 3 + 4 + 5 + 6 + 7) = 52 – 28 = 24 Resposta: B � (UNESP) – Uma rede de supermercados fornece a seus clientes um cartão de crédito cuja identificação é forma da por 3 letras distintas (dentre 26), seguidas de 4 algaris mos distintos. Uma determinada cidade receberá os cartões que têm L como terceira letra, o último algarismo é zero e o pe núltimo é 1. A quantidade total de cartõesdis - tintos oferecidos por tal rede de supermer cados para essa cidade é a) 33 600 b) 37 800 c) 43 200 d) 58 500 e) 67 600 Resolução A numeração dos cartões dessa cidade é do tipo A primeira letra pode ser escolhida entre as 25 res tan tes e a segunda letra entre as 24 res tantes. O primeiro algarismo pode ser esco lhido entre os 8 res tantes e o segundo entre os sete restantes. Desta forma, o número de cartões é 25 . 24 . 8 . 7 = 33 600 Resposta: A Exercícios Resolvidos C3_2A_MAT_ROSE_2022.qxp 22/03/2022 09:35 Página 12 13MATEMÁTICA � (FUVEST) – Uma caixa automática de banco só trabalha com notas de 5 reais e 10 reais. Um usuário deseja fazer um saque de 100 reais. De quantas maneiras diferentes a caixa eletrônica poderá fazer esse pagamento? a) 5 b) 6 c) 11 d) 15 e) 20 RESOLUÇÃO: Resposta: C � Num avião, uma fila tem 7 poltronas dispostas como na figura abaixo. corredor corredor Os modos de João e Maria ocuparem duas poltronas dessa fila, de modo que não haja um corredor entre eles, são em número de: a) 6 b) 7 c) 8 d) 10 e) 12 RESOLUÇÃO: 10 modos Resposta: D J M M J J M M J J M M J J M M J M J J M 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 5 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 10 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 � O código de barras, contido na maior parte dos pro dutos industrializados, consiste num conjunto de várias barras que podem estar preenchidas com cor escura ou não. Quando um leitor óptico passa sobre essas barras, a leitura de uma barra clara é con vertida no número 0 e a de uma barra escura, no número 1. Observe a seguir um exem plo simplifi cado de um código em um sistema de código com 20 barras. Se o leitor óptico for passado da esquerda para a direita, irá ler: 01011010111010110001. Se o leitor óptico for passado da direita para a esquer da, irá ler: 10001101011101011010. No sistema de código de barras, para se organizar o processo de leitura óptica de cada código, deve-se levar em consideração que alguns códigos podem ter leitura da esquerda para a direita igual à da direita para a esquer da, como o código 00000000111100000000, no sistema descrito acima. Em um sistema de códigos que utilize apenas cinco bar ras, a quantidade de códigos com lei - tura da esquer da para a direita igual à da direita para a esquerda, descon siderando-se to das as barras claras ou todas as escuras, é: a) 14 b) 12 c) 8 d) 6 e) 4 Resolução Se um sistema de códigos utiliza apenas cinco barras, a quan tidade de códigos com leitura da esquerda para a direita igual à da direita para a esquerda, desconsi derando-se todas as barras claras ou todas as escuras, é 6, pois: 1) As barras A,B,C,D,E podem estar preen - chidas com cor escura ou não, ou seja, 2 possibilidades cada. 2) –A e E devem estar preenchidas com a mesma cor: 2 possibili dades. –B e D devem estar preenchidas com a mesma cor: 2 possibi lidades. –C tem 2 possibilidades de preenchimento. 3) Assim, existem 2.2.2 = 8 códigos com leitura da esquerda para a direita igual à da direita para a esquerda, das quais 2 têm todas as barras claras ou todas escuras. Logo, a resposta é 8 – 2 = 6. Resposta: D Exercícios Propostos C3_2A_MAT_ROSE_2022.qxp 22/03/2022 09:35 Página 13 14 MATEMÁTICA � Uma pesquisa realizada por estudantes da Faculdade de Estatística mostra, em horas por dia, como os jovens entre 12 e 18 anos gastam seu tempo, tanto durante a semana (de segunda-feira a sexta-feira), como no fim de semana (sábado e domingo). A seguinte tabela ilustra os resulta dos da pesquisa. De acordo com esta pesquisa, quantas horas de seu tempo gasta um jovem entre 12 e 18 anos, na semana inteira (de segunda-feira a domingo), nas atividades escolares? a) 20 b) 21 c) 24 d) 25 e) 27 RESOLUÇÃO: A quantidade de horas semanais, de segunda-feira a domingo, que um jovem de 12 a 18 anos gasta com atividades escolares é 5 . 5 + 2 . 1 = 27 Resposta: E � Uma senha de acesso a uma rede de computadores é formada por 3 letras escolhidas entre as seis primeiras do nosso alfabeto. Quantas senhas diferentes e de três letras distintas podem ser formadas com as letras citadas? RESOLUÇÃO: Letras ⇒ ↓ ↓ ↓Total de possibilidades ⇒ 6 . 5 . 4 = 120 = A6,3 Resposta: 120 � Existem vários sistemas de numeração, mas o mais comum, e que é frequentemente utilizado por nós, é o sistema de numeração decimal, no qual contamos com dez símbolos distintos: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 e 9. Quantos números diferentes e de quatro algarismos distintos podem ser formados nesse sistema? RESOLUÇÃO: Condição: o algarismo dos milhares deve ser diferente de zero. Algarismos ⇒ ↓ ↓ ↓ ↓Total de possibilidades ⇒ 9 . 9 . 8 . 7 = 4536 ou A10,4 – A9,3 = 10 . 9 . 8 . 7 – 9 . 8 . 7 = 4536 Resposta: 4536 � O diretor de uma escola convidou os 280 alunos de terceiro ano a participarem de uma brincadeira. Suponha que existem 5 objetos e 6 personagens numa casa de 9 cô modos; um dos personagens esconde um dos objetos em um dos cômodos da casa. O objetivo da brincandeira é adivinhar qual objeto foi escondido por qual personagem e em qual cômodo da casa o objeto foi escondido. Todos os alunos decidiram participar. A cada vez um aluno é sorteado e dá a sua resposta. As respostas devem ser sempre distintas das anteriores, e um mesmo aluno não pode ser sor - tea do mais de uma vez. Se a resposta do aluno estiver correta, ele é declarado vencedor e a brincadeira é encerrada. O diretor sabe que algum aluno acertará a resposta porque há: a) 10 alunos a mais do que possíveis respostas distintas. b) 20 alunos a mais do que possíveis respostas distintas. c) 119 alunos a mais do que possíveis respostas distintas. d) 260 alunos a mais do que possíveis respostas distintas. e) 270 alunos a mais do que possíveis respostas distintas. RESOLUÇÃO: O número total de possibilidades de uma persona gem esconder um dos 5 brinquedos em um dos 9 cômodos é 6 . 5 . 9 = 270. Já que as respostas devem ser sempre diferentes, algum aluno acertou a resposta porque “há 10 alunos a mais do que possíveis respostas distintas”. Resposta: A C D UM 3a.2a.1a. Rotina Juvenil Durante a semana No fim de semana Assistir à televisão 3 3 Atividades domésticas 1 1 Atividades escolares 5 1 Atividade de lazer 2 4 Descanso, higiene e alimentação 10 12 Outras atividades 3 3 C3_2A_MAT_ROSE_2022.qxp 22/03/2022 09:35 Página 14 15MATEMÁTICA 1. Definição Seja A um conjunto com n elementos. Os arranjos simples n a n, dos n elementos de A, são chamados permutações simples de n elementos. Observe que, de acordo com a definição, todas as permutações têm os mesmos elementos: são os n ele - mentos de A. Assim sendo: duas permutações dife - rem entre si apenas pela ordem de seus elementos. 2. Cálculo do número de permutações simples Representando com o símbolo Pn o número total de per mu tações simples de n elementos e estabelecendo k = n na fórmula An,k = n(n – 1).(n – 2) . ... . (n – k + 1), temos: Pn = An,n = n(n – 1).(n – 2) . ... . (n – n + 1) = = n.(n – 1).(n – 2) . ... . 1 = n! Logo: 3. Permutações com elementos repetidos Sejam α elementos iguais a a, β elementos iguais a b, γ elementos iguais a c, ..., λ elementos iguais a �, num total de α + β + γ + ... + λ = n elementos. Representando com o símbolo Pn α, β, γ, ..., λ o número de permutações distintas que podemos formar com os n elementos, temos: n! Pn �, β, γ, ..., λ = –––––––––––––––––– �! . β! . γ! . ... . λ! Pn = n! Exercícios Resolvidos � São designadas por tucano as aves da família Ram phastidae que vivem nas florestas da América Central e América do Sul e possuem um bico grande e inconfundível. Quantos são os anagramas da palavra TUCANO? Resolução P6 = 6! = 6 . 5 . 4 . 3 . 2 . 1 = 720 Resposta: 720 � Quantos anagramas da palavra TUCANO come çam com vogal e terminam com consoante? Resolução ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ 3 . 4 . 3 . 2 . 1 . 3 = 3 . P4 . 3 = 9 . 4! = 216 P4 Resposta: 216 � (FUVEST) – Um lotação possui três bancos para passageiros, cadaum com três lugares, e deve transportar os três membros da família Sousa, o casal Lúcia e Mauro e mais quatro pessoas. Além disso, 1. a família Sousa quer ocupar um mesmo banco; 2. Lúcia e Mauro querem sentar-se lado a lado. Nessas condições, o número de maneiras distintas de dispor os nove passageiros no lotação é igual a a) 928 b) 1152 c) 1828 d) 2412 e) 3456 Resolução Existem 3 formas de escolher o banco em que a família Souza irá sentar e P3 formas de posicioná-la nesse banco. Existem 2 formas de escolher, entre os bancos que so braram, aquele em que o casal Lúcia e Mauro senta. Para cada um desses bancos existem duas formas de posicionar o casal (à esquerda ou à direita do banco, por exemplo) e, para cada uma dessas formas, P2 maneiras de o casal trocar de lugar entre si. Existem P4 formas de posicionar as quatro outras pessoas. Assim, no total, temos: 3 . P3 . 2 . 2 . P2 . P4 = 12 . 3! . 2! . 4! = 3456 maneiras distintas de dispor os passageiros no lotação. Resposta: E A O U C N T 21 Palavras-chave: Permutações • Permutar • Trocar C3_2A_MAT_ROSE_2022.qxp 22/03/2022 09:35 Página 15 16 MATEMÁTICA � Um cliente de uma videolocadora tem o hábito de alugar dois filmes por vez. Quando os devolve, sem - pre pega outros dois filmes e assim suces siva - mente. Ele soube que a videolocadora recebeu alguns lançamentos, sendo 8 filmes de ação, 5 de comédia e 3 de drama e, por isso, estabeleceu uma estratégia para ver todos esses 16 lançamentos. Inicialmente alugará, em cada vez, um filme de ação e um de comédia. Quando se esgotarem as possibilidades de comédia, o cliente alugará um filme de ação e um de drama, até que todos os lançamentos sejam vistos e sem que nenhum filme seja repetido. De quantas formas distintas a estratégia desse cliente poderá ser posta em prática? a) 20 x 8! + (3!)2 b) 8! x 5! x 3! c) d) e) Resolução Para alugar os 16 filmes lançamentos, serão neces sárias 8 locações, pois são alugados dois filmes por vez. I) O número de sequências diferentes para alugar os 8 filmes de ação, nas 8 locações, é P8 = 8! II) O número de sequências diferentes para alugar os 5 filmes de comédia, nas 5 primeiras locações, é P5 = 5! III) O número de sequências diferentes para alugar os 3 filmes de drama, nas 3 últimas locações, é P3 = 3! Assim, o número de formas distintas é 8! . 5! . 3! Resposta: B � (UNESP) – A figura mostra a planta de um bairro de uma cidade. Uma pessoa quer caminhar do ponto A ao ponto B por um dos percursos mais curtos. Assim, ela caminhará sempre nos sentidos “de baixo para cima” ou “da esquerda para a direita”. O número de percursos diferentes que essa pessoa poderá fazer de A até B é: a) 95 040. b) 40 635. c) 924. d) 792. e) 35. Resolução Qualquer percurso para ir de A até B deve ter, sempre, cinco trechos “de baixo para cima” e sete trechos “da esquerda para a direita”. O número de percursos diferentes é igual, portanto, ao número de permutações desses 12 trechos, lembrando que 5 são iguais (↑) e os outros 7 também (→). Logo P12 5,7 = = = 792 Resposta: D 16! –––– 28 12! –––––– 5! . 7! 12 . 11 . 10 . 9 . 8 . 7! –––––––––––––––––– 5 . 4 . 3 . 2 . 1 . 7! 8! x 5! x 3! –––––––––––– 22 8! x 5! x 3! –––––––––––– 28 A B Exercícios Propostos � Quantos anagramas tem a palavra AMIGO? RESOLUÇÃO: P5 = 5! = 5 . 4 . 3. 2 . 1 = 120 Resposta: 120 � Quantos anagramas da palavra AMIGO começam com vogal e terminam com consoante? RESOLUÇÃO: 3. 3 . 2 . 1 . 2 = 3 . P3 . 2 = 3 . 3! 2 = 36123 P3 Resposta: 36 A I O M G C3_2A_MAT_ROSE_2022.qxp 22/03/2022 09:35 Página 16 17MATEMÁTICA � Chipre é uma ilha situada no mar Mediterrâneo Oriental ao sul da Turquia, com a Síria e o Líbano a leste. Quantos anagra - mas da palavra CHIPRE tem as letras C, H e I juntas? RESOLUÇÃO: P3 P4 P4 . P3 = 4! . 3!= 144 Resposta: 144 � O setor de recursos humanos de uma em - presa vai realizar uma entrevista com 120 can didatos a uma vaga de contador. Por sorteio, eles pretendem atri buir a cada candidato um número, colocar a lista de números em ordem numérica crescente e usá-la para convocar os interessados. Acontece que, por um defeito do com putador, foram gerados números com 5 alga - rismos distin tos e, em nenhum deles, apareceram dígitos pares. Em razão disso, a ordem de chamada do candidato que tiver recebido o número 75 913 é a) 24. b) 31. c) 32. d) 88. e) 89 RESOLUÇÃO: Permutando os algarismos 1, 3, 5, 7, 9, obtém-se 5! = 120 números de cinco algarismos distintos. Es crevendo estes números em ordem crescente até o número 75 913, temos: 1) 4! = 24 números iniciados em 1 2) 4! = 24 números iniciados em 3 3) 4! = 24 números iniciados em 5 4) 3! = 6 números iniciados em 71 5) 3! = 6 números iniciados em 73 6) 2! = 2 números iniciados em 751 7) 2! = 2 números iniciados em 753 8) O número 75 913 A ordem de chamada do candidato que tiver recebido o número 75 913 é 24 + 24 + 24 + 6 + 6 + 2 + 2 + 1 = 89 Resposta: E � Quantos são os anagramas da palavra ARARA? RESOLUÇÃO: P2;35 = = 10 Resposta: 10 � Quantos são os anagramas de “URUGUAI” que começam por vogal? RESOLUÇÃO: 1) A quantidade de anagramas que começados em U é P6 2 = = 360 2) A quantidade de anagramas começados em A é P36 = = 120 3) A quantidade de anagramas começasos em I é P36 = = 120 Assim, a quantidade total de anagramas de “URUGUAI” começados em vogal é 360 + 2. 120 = 600. Resposta: 600 C H I 5! ––––– 2!3! U R U G U A I 6! –––– 2! A U R U G U I 6! ––––– 3! I U R U G U A 6! ––––– 3! C3_2A_MAT_ROSE_2022.qxp 22/03/2022 09:35 Página 17 18 MATEMÁTICA 1. Definição Seja A um conjunto com n elementos e k um natural menor ou igual a n. Chamam-se combinações simples k a k, dos n elementos de A, os agrupamentos, de k elementos distintos cada, que diferem entre si apenas pela natureza de seus elementos. 2. Cálculo do número de combinações simples Representando com o símbolo Cn,k o número total de combinações simples dos n elementos de A, toma - dos k a k, temos: a) permutação de k elementos de uma com bi na - ção k a k, obtendo-se Pk arranjos distintos. b) permutação de k elementos das Cn,k com bina - ções k a k obtendo-se Cn,k . Pk arranjos distintos. Assim sendo: Lembrando que An,k = , Pk = k! e = , podemos também escrever: Seja A = {a, b, c, d} um conjunto com 4 elementos dis - tintos. Com os ele men tos de A podemos formar 4 com bina ções de três elementos cada: Permutando os 3 elementos de uma delas, por exemplo abc, obtemos P3 = 6 arranjos distintos: Permutando os 3 elementos das 4 com bi na ções, ob temos todos os ar ran jos 3 a 3: Assim sendo: (4 combinações) x (6 permuta ções) = 24 arranjos e, portanto, C4,3 . P3 = A4,3 An,k n! n Cn,k = ––––– = –––––––––– = � � Pk k!(n – k)! k n� �k n! ––––––––– k!(n – k)! n! –––––––– (n – k)! An,k Cn,k . Pk = An,k ⇔ Cn,k = ––––– Pk abc abd acd bcd abc abd acd bcd acb bac bca cab cba abc abd acd bcd acb adb adc bdc bac bad cad cbd bca bda cda cdb cab dab dac dbc cba dba dca dcb 22 Palavras-chave: Combinações simples • Escolher • Conjuntos C3_2A_MAT_ROSE_2022.qxp 22/03/2022 09:35 Página 18 19MATEMÁTICA � (FUVEST) – Participam de um torneio de voleibol 20 times distri - buídos em 4 chaves, de 5 times cada uma. Na 1a. fase do torneio, os times jogam entre si uma única vez (um único turno), todos contra todos em cada chave, sendo que os 2 melhores de cada chave pas sam para a 2a. fase. Na 2a. fase, os jogos são eliminatórios; depois de cada partida, apenas o vencedor permanece no torneio. Logo, o número de jogos necessários até que se apure o campeão do torneio é: a) 39 b) 41 c) 43 d) 45 e) 47 Resolução Na primeira fase, foram realizados 4 . C5,2 = 4 . 10 = 40 jogos; na segunda fase, 4 jo gos; na terceira fase, 2 jogos e na final, 1 jogo. Total de jogos = 40 + 4 + 2 + 1 = 47 Resposta: E � De quantos modos podemos dividir 8 pessoas em 2 grupos de 4 pessoas cada? Resolução O primeiro grupo pode ser escolhido de C8,4 modos. Escolhido o primeirogrupo, sobram 4 pessoas e só há 1 modo de formar o segundo grupo. = = 35 Resposta: 35 � (UNESP) – Um professor, ao elaborar uma prova composta de 10 questões de múltipla escolha, com 5 alter nativas cada e apenas uma correta, deseja que haja um equilíbrio no número de alternativas corretas, a serem assinaladas com X na folha de respostas. Isto é, ele deseja que duas questões sejam assinaladas com a alternativa A, duas com a B, e assim por diante, como mostra o modelo. Modelo de folha de resposta (gabarito) Nessas condições, a quantidade de folha de respostas diferentes, com a letra X disposta nas alternativas corretas, será a) 302 400 b) 113 400 c) 226 800 d) 181 440 e) 604 800 Resolução Existem: C10;2 formas de escolher as questões cuja resposta correta é A; C8;2 formas de escolher as questões cuja resposta correta é B; C6;2 formas de escolher as ques tões cuja resposta correta é C; C4;2 formas de escolher as questões cuja resposta correta é D; C2;2 formas de escolher as questões cuja resposta correta é E. Ao todo, existem C10;2 . C8;2 . C6;2 . C4;2 . C2;2 = = . . . . 1 = = 113 400 Resposta: B � Considere o seguinte jogo de apostas: Numa cartela com 60 números disponíveis, um apostador escolhe de 6 a 10 números. Dentre os números disponíveis, serão sorteados apenas 6. O apostador será premiado caso os 6 números sorteados estejam entre os números escolhidos por ele numa mesma cartela. O quadro apresenta o preço de cada cartela, de acordo com a quantidade de números escolhidos. Cinco apostadores, cada um com R$ 500,00 para apostar, fizeram as seguintes opções: Arthur: 250 cartelas com 6 números escolhidos; Bruno: 41 cartelas com 7 números escolhidos e 4 cartelas com 6 números escolhidos; Caio: 12 cartelas com 8 números escolhidos e 10 cartelas com 6 números escolhidos; Douglas: 4 cartelas com 9 números escolhidos; Eduardo: 2 cartelas com 10 números escolhidos. Os dois apostadores com maiores probabilidades de serem premiados são a) Caio e Eduardo. b) Arthur e Eduardo. c) Bruno e Caio. d) Arthur e Bruno. e) Douglas e Eduardo. Resolução De acordo com o enunciado, podemos montar a se guinte tabela: Portanto, os dois apostadores com maiores proba bilidades de serem premiados são Eduardo com 420 apostas e Caio com 346 apostas. Resposta: A C8,4 x 1––––––––– 2 70 –––– 2 A B C D E 01 X 02 X 03 X 04 X 05 X 06 X 07 X 08 X 09 X 10 X 10! ––––– 8!2! 8! ––––– 6!2! 6! ––––– 4!2! 4! ––––– 2!2! 10! ––––– (2!)5 Quantidade de números escolhidos em uma cartela Preço da cartela (R$) 6 2,00 7 12,00 8 40,00 9 125,00 10 250,00 Apostador Números de apostas realizadas Arthur 6 250 . � � = 2506 Bruno 7 6 41 . � � + 4 . � � = 287 + 4 = 2916 6 Caio 8 6 12 . � �+ 10 . � � = 336 + 10 = 3466 6 Douglas 9 4 . � � = 3366 Eduardo 10 2 . � � = 4206 Exercícios Resolvidos C3_2A_MAT_ROSE_2022.qxp 22/03/2022 09:35 Página 19 20 MATEMÁTICA � Como não são adeptos da prática de esportes, um grupo de amigos resolveu fazer um torneio de futebol utilizando videogame. Decidiram que cada jogador joga uma única vez com cada um dos outros jogadores. O campeão será aquele que conseguir o maior número de pontos. Observaram que o número de partidas jogadas depende do número de jogadores, como mostra o quadro: Se a quantidade de jogadores for 8, quantas partidas serão realizadas? a) 64 b) 56 c) 49 d) 36 e) 28 RESOLUÇÃO: O número de maneiras de se escolher 2 jogadores dentre os 8 possíveis é: C8;2 = = = 28 Resposta: E � (FGV) – Dez pessoas, entre elas Gilberto e Laura, pretendem formar uma comissão com quatro membros escolhidos entre os dez. Quantas comissões são possíveis se Gilberto e Laura podem ou não comparecer mas nunca juntos na mesma comissão? a) 182 b) 45 c) 240 d) 100 e) 70 RESOLUÇÃO: 1) Número total de comissões possíveis (escolha de quaisquer quatro pessoas entre as dez): C10,4 = = = 210 2) Número de comissões em que Gilberto e Laura estão ambos presentes (escolha das outras duas pessoas dentre as oito que sobraram): C8,2 = = = 28 3) Portanto, a quantidade de comissões possíveis é de: 210 – 28 = 182 Resposta: A � Num plano são dados dez pontos, três a três não coli - neares. Pergunta-se: a) qual o número total de retas determinadas por esses pon tos? b) qual o número total de triângulos com vértices nestes pon tos? RESOLUÇÃO: a) C10;2 = = 45 b) C10;3 = = 120 Respostas: a) 45 b) 120 Quantidade de jogadores 2 3 4 5 6 7 Número de partidas 1 3 6 10 15 21 8! –––––––––– 2! (8 – 2)! 8! –––––– 2! 6! 10� �2 10� �3 10! –––––– 6!4! 10 . 9 . 8 . 7 –––––––––––– 4 . 3 . 2 8! –––––– 6!2! 8 . 7 –––––– 2 Exercícios Propostos C3_2A_MAT_ROSE_2022.qxp 22/03/2022 09:35 Página 20 21MATEMÁTICA � Uma pessoa produzirá uma fantasia utilizando como materiais: 2 tipos de tecidos diferentes e 5 tipos distintos de pedras ornamentais. Essa pessoa tem à sua disposição 6 tecidos diferentes e 15 pedras ornamentais distintas. A quantidade de fantasias com materiais diferentes que podem ser produzidas é representada pela expressão a) . b) + c) + d) . e) RESOLUÇÃO: A quantidade de maneiras de se escolher 2 tipos de tecidos diferentes a partir de 6 é dado por C6,2 = A quantidade de maneiras de se escolher 5 tipos diferentes de pedras ornamentais a partir de 15 é dada por C15,5 = Assim, a quantidade de maneiras de se escolher 2 tecidos e 5 pedras é . Resposta: A � (FUVEST) – Doze pontos são assinalados sobre quatro segmentos de reta de forma que três pontos sobre três seg - mentos distintos nunca são colineares, como na figura. O número de triângulos distintos que podem ser desenhados com os vértices nos pontos assinalados é a) 200. b) 204. c) 208. d) 212. e) 220. RESOLUÇÃO: O número de triângulos distintos que podem ser formados é C12,3 – 2 . C4,3 pois os pontos A, B, C e D são alinhados o mesmo acontecendo com M, N, P e Q. Assim: C12,3 – 2 . C4,3 = – 2 . = = – 2 . 4 = 220 – 8 = 212 Resposta: D 12! ––––––– 3! 9! 4! ––––––– 3! 1! 12 . 11 . 10 –––––––––––– 6 6! ––––– 4!2! 15! –––––– 10!5! 6! –––––– 4!2! 15! –––––– 10!5! 6! ––– 2! 15! –––– 5! 6! ––– 2! 15! –––– 5! 21! –––––– 7!14! 6! ––––– 4!2! 15! ––––– 10!5! 6! –––––– 4!2! 15! –––––– 10!5! C3_2A_MAT_ROSE_2022.qxp 22/03/2022 09:35 Página 21 1. Paralelepípedo Paralelepípedo é todo prisma cujas bases são paralelogramos. 2. Paralelepípedo reto-retângulo Paralelepípedo reto-retângulo ou paralelepípedo re tân gulo é todo paralelepípedo reto cujas faces são retân gulos. 22 MATEMÁTICA 33 e 34 Palavras-chave: Paralelepípedo e cubo • Prisma de base quadrangular • Retângulo • Quadrado Módulos 33 – Paralelepípedo e cubo 34 – Paralelepípedo e cubo 35 – Pirâmide 36 – Pirâmide 37 – Tetraedro regular 38 – Cilindro 39 – Cilindro 40 – Cone 41 – Cone 42 – Esfera e suas partes 43 – Esfera e suas partes 44 – Esfera e suas partes GEOMETRIA MÉTRICA C3_2A_MAT_ROSE_2022.qxp 22/03/2022 09:35 Página 22 3. Área total No paralelepípedo re to-retângulo da figura, de di mensões a, b e c, temos: A ABCD = A EFGH = a . b A BFGC = A AEHD = a . c A ABFE = A DCGH = b . c Assim, sendo A t a área total do paralelepípedo, temos: 4. Volume Sendo V o volume de um paralelepípedo reto-retân - gulo de dimensões a, b e c, e considerando-se um dos retângulos cujos lados medem a e b, por exemplo, como base, temos: V = Ab . h = (a . b) . c ⇔ 5. Diagonal Sejam D a medida da diagonal AG –– do par a lelepípedo reto-retân gu lo de dimensões a, b e c da figura e d a me - dida da diagonal EG ––– da face EFGH. No triângulo retângulo EFG, temos: (EG)2 = (FG)2 + (EF)2 ⇒ d2 = a2 + b2 No triângulo retângulo AEG, temos: (AG)2 = (EG)2 + (AE)2 ⇒ D2 = d2 + c2 Assim, D2 = a2 + b2 + c2 e, portanto: 6. Cubo Cubo é todo paralelepípedo reto-retângulo cujas seis faces são quadradas. Num cubo de aresta a, sendo A t a área total, D a medida da diagonal e V o volume do cubo,temos: D = ���������������a2 + b2 + c2 V = a3D = a . ����3At = 6 . a2V = a . b . c At = 2 . (ab + ac + bc) 23MATEMÁTICA C3_2A_MAT_ROSE_2022.qxp 22/03/2022 09:35 Página 23 24 MATEMÁTICA �Considere um caminhão que tenha uma carroceria na forma de um paralelepípedo retângulo, cujas dimen sões internas são 5,1 m de comprimento, 2,1 m de largura e 2,1 m de altura. Suponha que esse caminhão foi contra tado para trans portar 240 caixas na forma de cubo com 1 m de ares ta cada uma e que essas caixas podem ser empilhadas para o transporte. Qual é o número mínimo de viagens neces sárias para realizar esse transporte? a) 10 viagens. b) 11 viagens. c) 12 viagens. d) 24 viagens. e) 27 viagens. Resolução Admitindo-se que as caixas serão empilhadas de forma organizada e cada pilha não pode ultrapassar a altura da carroceria, no compri - mento caberão apenas cinco caixas, na largura duas caixas e na altura duas caixas, como sugere a figura seguinte. Em cada viagem serão transportadas 5 . 2 . 2 = 20 caixas. Para transportar as 240 caixas serão neces sárias, e suficientes, = 12 viagens. Resposta: C Eclusa é um canal que, cons truído em águas de um rio com grande des nível, pos sibilita a navegabilidade, subida ou descida de embarcações. No esquema anterior, está representada a des cida de uma embar - cação, pela eclusa do porto Primavera, do nível mais alto do Rio Paraná até o nível da jusante. A câmara dessa eclusa tem comprimento apro xi mado de 200 m e largura igual a 17 m. A va zão aproximada da água durante o esvazia - men to da câmara é de 4 200 m3 por minuto. Assim, para descer do nível mais alto até o nível da jusante, uma embarcação leva cerca de a) 2 minutos. b) 5 minutos. c) 11 minutos. d) 16 minutos. e) 21 minutos. Resolução A câmara da eclusa tem a forma de um parale lepípedo reto- retângulo de 200 m de com pri men to, 17 m de largura, 20 m de altura e volu me V = (200 . 17 . 20) m3 = 68 000 m3 Se a vazão aproximada é de 4 200 m3 por mi nuto, o tempo necessário e suficiente para des cer do nível mais alto até o nível da jusante é t = minuto 16,1 min Resposta: D � Um porta-lápis de madeira foi cons truído no formato cúbico, seguindo o modelo ilustrado a seguir. O cubo de dentro é vazio. A aresta do cubo maior mede 12 cm e a do cubo menor, que é interno, mede 8 cm. O volume de madeira utilizado na confecção desse objeto foi de: a) 12 cm3 b) 64 cm3 c) 96 cm3 d) 1 216 cm3 e) 1 728 cm3 Resolução O volume de madeira utilizado na confecção desse objeto equivale ao volume do cubo externo menos o volume do cubo interno e foi de (12 cm)3 – (8 cm)3 = 1 216 cm3 Resposta: D 240 ––––– 20 68 000 m3 –––––––––– 4 200 m3 Exercícios Resolvidos – Módulos 33 e 34 C3_2A_MAT_ROSE_2022.qxp 22/03/2022 09:35 Página 24 25MATEMÁTICA � As dimensões de um paralelepípedo reto-retângulo são 3 m, 4 m e 12 m. Calcular a área total e o volume desse sólido. RESOLUÇÃO: I) At = 2 . 12 . 4 + 2 . 3 . 4 + 2 . 12 . 3 At = 96 + 24 + 72 At = 192 m 2 II) V = AB . h V = 12 . 3 . 4 V = 144 m3 � (UNICAMP) – Um queijo tem o formato de paralelepípedo, com dimensões 20 cm x 8 cm x 5 cm. Sem descascar o queijo, uma pessoa o divide em cubos com 1 cm de aresta, de modo que alguns cubos ficam totalmente sem casca, outros permanecem com casca em apenas uma face, alguns com casca em duas faces e os restantes com casca em três faces. Nesse caso, o número de cubos que possuem casca em apenas uma face é igual a a) 360. b) 344. c) 324. d) 368. RESOLUÇÃO: O número de cubos que possuem casca em apenas uma face é 2.(18 . 3 + 6 . 3 + 6 . 18) = 360 Resposta: A Exercícios Propostos – Módulo 33 C3_2A_MAT_ROSE_2022.qxp 22/03/2022 09:35 Página 25 26 MATEMÁTICA � Um fazendeiro tem um depósito para arma - zenar leite formado por duas partes cúbicas que se comunicam, como indicado na figura. A aresta da parte cúbica de baixo tem medida igual ao dobro da medida da aresta da parte cúbica de cima. A torneira utilizada para encher o depósito tem vazão constante e levou 8 minutos para encher metade da parte de baixo. Quantos minutos essa torneira levará para encher completa - mente o restante do depósito? a) 8 b) 10 c) 16 d) 18 e) 24 RESOLUÇÃO: Sendo a e 2a as medidas das arestas dos cubos pe queno e grande, respectivamente, e sendo Vp e Vg os respectivos volumes desses cubos, temos: Vp = a 3 e Vg = (2a) 3 = 8a3 O volume total do depósito é V = Vp + Vg = a 3 + 8a3 = 9a3 Se, para encher a metade do cubo grande, a torneira levou 8 minutos, ela enche, a cada minuto, = . O tempo, em minutos, para encher a parte que falta do reser - vatório, será = 10. Resposta: B � Conforme regulamento da Agência Nacional de Aviação Civil (Anac), o passageiro que em - barcar em voo doméstico poderá transportar bagagem de mão, contudo a soma das dimensões da bagagem (altura + comprimento + largura) não pode ser superior a 115 cm. A figura mostra a planificação de uma caixa que tem a forma de um paralelepípedo retângulo. O maior valor possível para x, em centímetros, para que a caixa permaneça dentro dos padrões permitidos pela Anac é a) 25. b) 33. c) 42. d) 45. e) 49. RESOLUÇÃO: A figura abaixo mostra a planificação de uma caixa que tem a forma de um paralelepípedo retângulo. A figura abaixo mostra o paralelepídedo retângulo. De acordo com o enunciado: x + 42 + 24 � 115 ⇔ x � 49. Assim, o maior valor para x, em cm, é 49. Resposta: E 4a3 ––––– 8 a3 –––– 2 9a3 – 4a3 ––––––––– a3 ––– 2 C3_2A_MAT_ROSE_2022.qxp 22/03/2022 09:35 Página 26 27MATEMÁTICA Exercícios Propostos – Módulo 34 � Alguns objetos, durante a sua fabricação, neces sitam passar por um processo de resfriamento. Para que isso ocorra, uma fábrica utiliza um tanque de resfriamento, como mostrado na figura. O que aconteceria com o nível da água se colocássemos no tanque um objeto cujo volume fosse de 2 400 cm3? a) O nível subiria 0,2 cm, fazendo a água ficar com 20,2 cm de altura. b) O nível subiria 1 cm, fazendo a água ficar com 21 cm de altura. c) O nível subiria 2 cm, fazendo a água ficar com 22 cm de altura. d) O nível subiria 8 cm, fazendo a água transbordar. e) O nível subiria 20 cm, fazendo a água transbordar. RESOLUÇÃO: O nível de água subirá 2 cm, pois: 30 cm . 40 cm . x cm = 2 400 cm3 ⇔ ⇔ 1 200 . x cm3 = 2 400 cm3 ⇔ x = ⇔ x = 2 Resposta: C � No projeto de uma nova máquina, um en ge - nheiro encomendou a um torneiro mecânico a fabricação de uma peça, obtida a partir do recorte em um cubo, como ilustrado na figura. Para isso, o torneiro forneceu, juntamente com o desenho tridimensional da peça, suas vistas frontal, lateral e superior, a partir das posições indicadas na figura. Para facilitar o trabalho do tor - neiro, as arestas dos cortes que ficam ocultos nas três vistas devem ser representadas por segmentos tracejados, quando for o caso. As vistas frontal, lateral e superior que melhor representam o desenho entregue ao torneiro são 2 400 –––––– 1 200 C3_2A_MAT_ROSE_2022.qxp 22/03/2022 09:35 Página 27 28 MATEMÁTICA RESOLUÇÃO: Com relação à peça a seguir, temos: Resposta: E � Uma fábrica produz barras de chocolates no formato de paralelepípedos e de cubos, com o mesmo volume. As arestas da barra de chocolate no formato de paralelepípedo medem 3 cm de largura, 18 cm de comprimento e 4 cm de espessura. Analisando as características das figuras geométricas descritas, a me dida das arestas dos chocolates que têm o formato de cubo é igual a a) 5 cm. b) 6 cm. c) 12 cm. d) 24 cm. e) 25 cm. RESOLUÇÃO: Sendo VP e VC os volumes das barras de chocolate de formato “paralelepípedo” e “cubo”, respectivamente, e sendo a a medida da aresta do cubo, temos: ⇒ a3 = 216 cm3 ⇒ a = 6 cm Resposta: B � A siderúrgica “Metal Nobre” produz diversos objetos maciços utilizando o ferro. Um tipo especial de peça feita nessa companhia tem o formato de um paralepípedo retangular, de acordo com as dimensões indicadas na figura que segue. O produto das três dimensões indicadas na peça resultariana medida da grandeza a) massa. b) volume. c) superfície. d) capacidade. e) comprimento. RESOLUÇÃO: O produto das três dimensões (comprimento, largura e altura) resulta no volume do paralelepípedo. Observação: considerando que o sólido é maciço, não se pode substituir esse “volume” por “capacidade”. Resposta: B ⇒ VP = 3 cm . 18 cm . 4 cm = 216 cm 3 VC = a 3 VP = VC C3_2A_MAT_ROSE_2022.qxp 22/03/2022 09:35 Página 28 29MATEMÁTICA � Uma carga de 100 contêineres, idênticos ao modelo apresentado na Figura 1, deverá ser descarregada no porto de uma cidade. Para isso, uma área retangular de 10 m por 32 m foi cedida para o empilhamento desses contêineres (Figura 2). De acordo com as normas desse porto, os contêineres deverão ser empilhados de forma a não sobrarem espaços nem ultrapassarem a área delimitada. Após o empilhamento total da carga e atendendo à norma do porto, a altura mínima a ser atingida por essa pilha de contêineres é a) 12,5 m. b) 17,5 m. c) 25,0 m. d) 22,5 m. e) 32,5 m. RESOLUÇÃO: 1) Observando que 32 ÷ 6,4 = 5 e 10 ÷ 2,5 = 4, cada “camada”, na área de armazenamento, comporta 5 x 4 = 20 contêiners. 2) Para armazenar 100 contêineres, serão necessárias (e suficientes) 5 “camadas”, pois 100 ÷ 20 = 5 3) Após o empilhamento total da carga, a altura mínima a ser atingida é 5 . 2,5 m = 12,5 m. Resposta: A 32m 10m C3_2A_MAT_ROSE_2022.qxp 22/03/2022 09:35 Página 29 30 MATEMÁTICA 1. Definição Sejam um plano α, um ponto V tal que V ∉ α e uma região poligonal S do plano α. Pirâmide é a união de todos os segmentos –– VP, tais que P ∈ S. O ponto V é denominado vértice da pirâmide e a região poligonal S é denominada base da pirâmide. 2. Elementos da pirâmide Na pirâmide VABCDEF da figura: a) O ponto V é o vértice da pirâmide. b) Os segmentos –– VA, –– VB, –– VC etc., são as arestas laterais. c) Os triângulos VAB, VBC, VCD etc., são as faces laterais. d) Os segmentos –– AB, –– BC, –– CD etc., são as arestas da base. e) O polígono ABCDEF é a base da pirâmide. f) A distância (h) do vértice V ao plano α que contém a base é a altura da pirâmide. 3. Pirâmide reta Uma pirâmide é denominada reta quando todas as faces laterais são triângulos isósceles. 4. Pirâmide regular Uma pirâmide é denominada regular quando ela é reta e o polígono da base é regular. Nas pirâmides regulares da figura: a) OA = R é o raio da circunferência circunscrita à base ou simplesmente o raio da base. b) OM = a é o apótema da base. c) VM = g é o apótema da pirâmide (altura de uma face lateral). d) O triângulo VOM é retângulo em O e, portanto, . e) O triângulo VOA é retângulo em O e, portanto, . g2 = a2 + h2 (VA)2 = R2 + h2 35e36 Palavras-chave: Pirâmide • Faces lateraistriangulares • Apótema C3_2A_MAT_ROSE_2022.qxp 22/03/2022 09:35 Página 30 31MATEMÁTICA 5. Área lateral A área lateral da pirâmide é a soma das áreas de todas as faces laterais. 6. Área total A área total da pirâmide é a soma da área da base com a área lateral. Assim, sendo At a área total, Ab a área da base e A� a área lateral, temos: 7. Volume Demonstra-se que toda pirâmide tem por volume a terça parte do volume de um prisma de mesma base e mesma altura. Assim, sendo V o vo lu me da pirâmide, te mos: 1 V = –– . Ab . h 3 At = Ab + A� Exercícios Resolvidos – Módulos 35 e 36 � (PASUSP) – Os papiros mostram que os egípcios antigos possuíam diversos conhecimentos matemáticos. Eles sabiam que o volume da pirâmide equivale a um terço do volume do prisma que a contém. A maior pirâmide egípcia, Quéops, construída por volta de 2560 a.C., tem uma altura aproximada de 140 metros e sua base é um quadrado com lados medindo aproximadamente 230 metros. Logo, o volume da pirâmide de Quéops é de aproxima damente (em milhões de metros cúbicos): a) 1,2 b) 2,5 c) 5 d) 7,5 e) 15 Resolução Sendo V o volume da pirâmide, em metros cúbicos, temos: V = . Vprisma = . 230 2 . 140 = = = 2 468 666,66 � 2,5 milhões de metros cúbicos Resposta: B (FUVEST) – Um telhado tem a forma da superfície lateral de uma pirâmide regular, de base quadrada. O lado da base mede 8 m e a altura da pirâmide 3 m. As telhas para cobrir esse telhado são vendidas em lotes que cobrem 1 m2. Supondo que possa haver 10 lotes de telhas desperdiçadas (quebras e emendas), o número mínimo de lotes de telhas a ser comprado é: a) 90 b) 100 c) 110 d) 120 e) 130 Resolução I) No triângulo VOM, retângulo em O, tem-se VO = 3, OM = 4 e VO2 + OM2 = VM2, portanto, VM = 5. II) A área SBCV da face BCV é SBCV = BC . VM = . 8 . 5 = 20 III) A área S� da superfície lateral da pirâmide é S� = 4 . SBCV = 4 . 20 = 80 m 2. IV) Como cada lote cobre 1m2 e são desperdiçados 10 lotes, o número de lotes necessários é + 10 = 90 Resposta: A � Um artesão construiu peças de artesanato inter - cep tando uma pirâmide de base quadrada com um plano. Após fazer um estudo das diferentes peças que poderia obter, ele concluiu que uma delas poderia ter uma das faces pentagonal. Qual dos argumentos a seguir justifica a conclusão do artesão? a) Uma pirâmide de base quadrada tem 4 arestas laterais e a interseção de um plano com a pirâmide intercepta suas arestas laterais. Assim, esses pontos formam um polígono de 4 lados. b) Uma pirâmide de base quadrada tem 4 faces trian gulares e, quando um plano intercepta essa pirâmide, divide cada face em um triângulo e um trapézio. Logo, um dos polígonos tem 4 lados. c) Uma pirâmide de base quadrada tem 5 faces e a interseção de uma face com um plano é um segmento de reta. Assim, se o plano interceptar todas as faces, o polígono obtido nessa interseção tem 5 lados. 1 ––– 3 1 ––– 3 7 406 000 ––––––––– 3 1 ––– 2 1 ––– 2 80m2 –––––– 1m2 C3_2A_MAT_ROSE_2022.qxp 22/03/2022 09:35 Página 31 32 MATEMÁTICA d) O número de lados de qualquer polígono obtido como interseção de uma pirâmide com um plano é igual ao número de faces da pirâmide. Como a pirâmide tem 5 faces, o polígono tem 5 lados. e) O número de lados de qualquer polígono obtido interceptando-se uma pirâmide por um plano é igual ao número de arestas laterais da pirâmide. Como a pirâmide tem 4 arestas laterais, o polígono tem 4 lados. Resolução O plano α da figura seguinte intercepta as qua tro faces laterais e a base da pirâmide, determinando o pentá go no ABCDE. Resposta: C Exercícios Propostos – Módulo 35 � Determinar o volume de uma pirâmide de base qua drada cujo lado mede 5 cm e cuja altura mede 3 cm. RESOLUÇÃO: Ab = (5 cm) 2 = 25 cm2 h = 3 cm V = . Ab . h Assim: V = . 25 cm2 . 3 cm = 25 cm3 Resposta: 25 cm3 Determinar a área lateral de uma pirâmide quadran gular regular cuja base tem 64 m2 de área e cuja altura mede 3 m. RESOLUÇÃO: Ab = l 2 = 64 ⇒ l = 8 m No triângulo VOH, temos g2 = a2 + 32 e a = = 4 m, então: g2 = 42 + 32 ⇒ g = 5 m Al = 4 . = 2 . 8 . 5 ⇒ Al = 80 m 2 Resposta: 80 m2 � Calcular a área total da pirâmide do exercício anterior. RESOLUÇÃO: Al = 80 m 2 Ab = 64 m 2 At = Al + Ab Assim: At = 80 m 2 + 64 m2 ⇒ At = 144 m 2 Resposta: 144 m2 � (URCA) – O volume de uma pirâmide hexagonal regular é 96���3 cm3. Se sua altura mede 12 cm, então a aresta da base da pirâ mide, em centímetros, mede: a) 2 b) 2���3 c) 4 d) 3���3 e) 6 RESOLUÇÃO: Sendo a a medida da aresta da base da pirâmide, em centímetros, tem-se: V = . 6 . . 12 = 96���3 Assim: 6a2���3 = 96���3 ⇔ a2 = 16 ⇔ a = 4 Resposta: C 1 –– 3 1 –– 3 l ––– 2 l . g ––––– 2 �a2���3––––––4�1–––3 C3_2A_MAT_ROSE_2022.qxp 22/03/2022 09:35 Página 32 33MATEMÁTICA � Uma fábrica produz velas de parafina em forma de pirâmide quadrangular regular com 19 cm de altura e 6 cm de aresta da base. Essas velas são formadas por 4 blocos de mesma altura – 3 troncos de pirâmide de bases paralelas e 1 pirâmide na parte su perior –, espaçados de 1 cm entre eles, sendo que a base superior de cada bloco é igual à base inferior do bloco sobreposto, com uma haste de ferro passando pelo centro de cada bloco, unindo-os, con forme afigura. Se o dono da fábrica resolver diversificar o mo delo, retirando a pirâmide da parte superior, que tem 1,5 cm de aresta na base, mas mantendo o mesmo molde, quanto ele passará a gastar com parafina para fabricar uma vela? a) 156 cm3 b) 189 cm3 c) 192 cm3 d) 216 cm3 e) 540 cm3 RESOLUÇÃO: De acordo com o enunciado, pode-se concluir que a altura da pirâmide de parafina é 16 cm e que a altura da pirâmide menor retirada é 4 cm. Assim, o volume, em centímetros cúbicos, de parafina para fabricar o novo modelo de vela é igual a: . 62 . 16 – . (1,5)2 . 4 = 192 – 3 = 189 Resposta: B � (FUVEST) – Três das arestas de um cubo, com um vértice em comum, são também arestas de um tetraedro. A razão entre o volume do tetraedro e o volume do cubo é a) b) c) d) e) RESOLUÇÃO: Sendo VC o volume do cubo ABCDEFGH de aresta medindo a, e VT o volume do tetraedro ABCF que satisfaz as condições do enun - ciado, temos: VC = a 3 e VT = . . a = Assim, a razão entre o volume do tetraedro e o volume do cubo é = = Resposta: B 1 ––– 3 1 ––– 3 2 ––– 9 1 ––– 6 1 ––– 8 1 ––– 3 1 ––– 4 a3 ––– 6 a . a ––––– 2 1 ––– 3 1 ––– 6 a3 ––– 6 ––––– a3 VT –––– VC Exercícios Propostos – Módulo 36 C3_2A_MAT_ROSE_2022.qxp 22/03/2022 09:35 Página 33 34 MATEMÁTICA � (FUVEST) – O sólido da figura é formado pela pirâmide SABCD sobre o paralelepípedo reto ABCDEFGH. Sabe-se que S per tence à reta determinada por A e E e que AE = 2 cm, AD = 4 cm e AB = 5 cm. A medida do segmento — SA que faz com que o volume do sólido seja igual a do volume da pirâmide SEFGH é a) 2 cm b) 4 cm c) 6 cm d) 8 cm e) 10 cm RESOLUÇÃO: Sendo x a medida, em centímetros, do segmento — SA, temos: Vsólido = . VSEFGH ⇒ VSABCD + VABCDEFGH = . VSEFGH ⇒ ⇒ . 5 . 4 . x + 5 . 4 . 2 = . . 5 . 4 . (x + 2) ⇔ ⇔ + 2 = . (x + 2) ⇔ 3x + 18 = 4x + 8 ⇔ x = 10 Resposta: E � (UNESP) – Há 4 500 anos, o Imperador Quéops do Egito mandou construir uma pirâmide regular que seria usada como seu túmulo. As características e dimensões aproximadas dessa pirâmide hoje, são: 1.a) Sua base é um quadrado com 220 metros de lado; 2.a) Sua altura é de 140 metros. Suponha que, para construir parte da pirâmide equivalente a 1,88 × 104 m3, o número médio de operários utilizados como mão de obra gastava em média 60 dias. Dados que 2,22 × 1,4 � 6,78 e 2,26 ÷ 1,88 � 1,2 e mantidas estas médias, o tempo necessário para a construção de toda pirâmide, medido em anos de 360 dias, foi de, aproxima - damente, a) 20. b) 30. c) 40. d) 50. e) 60. RESOLUÇÃO: 1) O volume da pirâmide, em metros cúbicos, é V = . (2,2 . 102)2 . (1,4 . 102) = = . 2,22 . 1,4 . 106 . 6,78 . 106 = 2,26 . 106 2) Se, para construir 1,88 . 104 m3, gastaram-se 60 dias, então para construir a pirâmide toda, gastou-se um número d de dias, tal que: d = = . 60 . 102 1,2 . 6 000 = 7 200 3) 7 200 dias = anos = 20 anos Resposta: A 4 ––– 3 4 ––– 3 4 ––– 3 1 ––– 3 4 ––– 3 1 ––– 3 4 ––– 9 x ––– 3 1 —– 3 1 —– 3 1 —– 3 2,26 ––––– 1,88 2,26 . 106 . 60 —–––––––––––– 1,88 . 104 7 200 ––––––– 360 C3_2A_MAT_ROSE_2022.qxp 22/03/2022 09:35 Página 34 35MATEMÁTICA 1. Definição O tetraedro regular é uma pirâmide triangular em que todas as faces são triângulos equiláteros. 2. Área total Se a for a medida da aresta do tetraedro regular VABC e At sua área total, então: a2���3 At = 4 . AΔABC = 4 . –––––– ⇔ At = a 2���3 4 3. Altura Se a for a medida da aresta do tetraedro regular VABC, então: a) ––– AM é a altura do triângulo equilátero ABC e, portanto, . b) O é o baricentro do triângulo equilátero ABC e, portanto, c) O triângulo VOA é retângulo em O e, portanto, (VA)2 = (VO)2 + (AO)2 ⇔ a2 = h2 + ⇔ ⇔ h2 = a2 – ⇔ h 2 = ⇔ h = 4. Volume Se a for a medida da aresta do tetraedro regular VABC e V o volume, então: 5. Resumo Se VABC for um tetraedro regular de aresta a, então a área de uma face, a área total, a altura e o volume valem, respectivamente: a3���2 V = –––––– 12 a���6 h = –––––– 3 At = a 2���3 a2���3 Af = ––––––4 1 1 a2���3 a���6 a3���2V = –– . Ab . h = –– . –––––– . ––––– ⇔ V = –––––– 3 3 4 3 12 a���6––––– 3 6a2––– 9 3a2––– 9 a���3 2�––––�3 2 a���3AO = –– . AM = ––––– 3 3 a���3AM = ––––– 2 37 Palavras-chave: Tetraedro regular • Pirâmide • Triângulo equilátero C3_2A_MAT_ROSE_2022.qxp 22/03/2022 09:36 Página 35 36 MATEMÁTICA � (MACKENZIE) – Um objeto, que tem a forma de um tetraedro regular reto de aresta 20 cm, será recoberto com placas de ouro nas faces laterais e com placa de prata na base. Se o preço do ouro é R$ 30,00 por cm2 e o da prata, R$ 5,00 por cm2, das alternativas dadas, assinale o valor mais próximo, em reais, do custo desse reco bri men to: a) 24 000 b) 12 000 c) 16 000 d) 18 000 e) 14 000 Resolução Seja o tetraedro regular VABC, de base ABC. I) As faces laterais VAB, VAC, VBC e a base ABC pos suem áreas iguais a AVAB = AVAC = AVBC = AABC = = = 100���3 cm2 II) Se as faces laterais serão recobertas de ouro a R$ 30,00 por cm2 e a base de prata, a R$ 5,00 por cm2, o valor P desse recobri - mento será P = 3. (100���3).R$ 30,00 + (100���3).R$ 5,00 P 300.1,7.R$ 30,00 + 100.1,7.R$ 5,00 P = R$ 16150,00 Resposta: C Um artista plástico utilizou 6 bastões de vidro com 40 cm de comprimento cada um, para fazer um tetraedro regular ABCD, como pode ser observado na figura seguinte. Ele pretende colocar um 7o. bastão que ligará os pontos M e N, sendo M ponto médio de — AD e N ponto médio de — BC. O comprimento do 7o. bastão será: a) 20���2 cm b) 25���2 cm c) 30���2 cm d) 35���2 cm e) 40���2 cm Resolução I) No triângulo equilátero BCD, temos: DN = = = 20���3 cm II) No triângulo retângulo DMN, temos: (MN)2 + (MD)2 = (DN)2 ⇒ ⇒ (MN)2 + 202 = (20���3)2 ⇒ ⇒ MN = 20���2 cm Resposta: A 202 . ���3 ––––––––– 4 40 ���3 ––––––– 2 � ���3 –––––– 2 � A medida da altura de um tetraedro regular cuja aresta mede a é igual a: a) b) c) d) e) RESOLUÇÃO: I) AM = (altura do ΔABC) II) AO = AM = . ⇒ AO = III)No triângulo VOA, temos: (VA)2 = (VO)2 + (AO)2 ⇔ a2 = h2 + 2 ⇔ h = Resposta: B a���6 –––– 4 a���6 –––– 3 a���6 –––– 2 a���6 –––– 6 a���6 –––– 5 a���3 ––––– 2 2 ––– 3 2 ––– 3 a���3 ––––– 2 a���3 ––––– 3 a���6 ––––– 3� a���3 ––––– 3 � Exercícios Resolvidos Exercícios Propostos C3_2A_MAT_ROSE_2022.qxp 22/03/2022 09:36 Página 36 37MATEMÁTICA Uma empresa produz dados com 4 faces em forma de tetraedro regular. Os dados são feitos de acrílico e sua aresta mede ���3 cm. O volume de acrílico utilizado para fabricar 5000 dados é: a) 1200 ���6 cm3 b) 1250 ���6 cm3 c) 1300 ���6 cm3 d) 1350 ���6 cm3 e) 1400 ���6 cm3 RESOLUÇÃO: O volume de cada dado é: V = = = cm3 Assim, 5000 . V = 5000 . = 1250 ���6 cm3 Resposta: B � (UNESP) – Cada aresta de um tetraedro regular de vértices A, B, C e D mede 1 dm. M é um ponto da aresta AB, e N é um ponto da aresta CD. a) Calcule a área total da superfície do tetraedro. b) Sabe-se que o menor valor possível para a distância de M a N ocorre quando eles são pontos médios das arestas. Obtenha o valor dessa distân cia mínima. RESOLUÇÃO: Sejam a = 1 dm a medida da aresta do tetraedro regular. a) A área total é AT = 4 . = 4 . = ���3 dm2 b) I) AN = BN = = = dm II) (MN)2 + (AM)2 = (AN)2 ⇒ ⇒ (MN)2 + dm 2 = dm 2 ⇔ ⇒ (MN)2 = – dm2 ⇔ ⇔ (MN)2 = dm2 ⇒ MN = dm Resposta: a) ���3 dm2 b) dm ���6 ––––– 4 (���3 )3 . ���2 ––––––––––– 12 a3���2 ––––––– 12 ���6 ––––– 4 a2���3 –––––– 4 (1 dm)2 . ���3 ––––––––––––– 4 a���3 –––––– 2 (1 dm) . ���3 ––––––––––––– 2 ���3 ––––– 2 � 1––– 2 � � ���3–––––2 � � 3––– 4 1 –– 4 � 2 ––– 4 ���2 ––––– 2 ���2 –––– 2 C3_2A_MAT_ROSE_2022.qxp 22/03/2022 09:36 Página 37 38 MATEMÁTICA 1. Cilindro de bases circulares Sejam α e β dois planos paralelos distintos, r uma reta que intercepta os planos α e β e S uma região cir - cular contida em α. Chama-se cilindro de base circular a união de todos os segmentos PQ –– paralelos a r,com P ∈ S e Q ∈ β. Elementos a) A distância h entre os planos α e β é a altura do cilindro. b) A região circular S é chamada base do cilindro. c) O segmento de reta PQ –– da figura é chamado ge - ra triz do cilindro. 2. Cilindro circular reto Quando a reta r é perpendicular ao plano α, o cilindro é denominado cilindro circular reto. No cilindro circular reto, a altura e a geratriz têm mes ma medida. Como o cilindro circular reto pode ser gerado por uma rotação completa de uma região retangular em torno de um de seus lados, ele também é denominado cilindro de revolução. Na figura: a) ↔ BC é o eixo do cilindro. b) AD — é a geratriz da superfície lateral do cilindro. c) AB = CDé raio da base do cilindro. 3. Secção meridiana do cilindro circular reto É o retângulo que se obtém ao seccionar o cilindro por um plano que contém o seu eixo. Sendo R a medida do raio da base e h a medida da altura de um cilindro circular reto, a área da secção meri - dia na Asm é dada por : 4. Cilindro equilátero É todo cilindro circular reto cuja secção meridiana é um quadrado. Assim, no cilindro equilátero, temos: 5. Cálculo de áreas e volumes Área da base (Ab) É a área de um círculo de raio R. Assim, . Asm = 2 . R . h h = 2R Ab = π . R 2 38e39 Palavras-chave: Cilindro • Círculo • Geratriz C3_2A_MAT_ROSE_2022.qxp 22/03/2022 09:36 Página 38 39MATEMÁTICA Área lateral (Al) A superfície lateral é a de um retângulo de dimen - sões 2πR (com primento da circunferência da base) e h. Assim, Área total (At) É a soma das áreas das bases com a área lateral. Assim, Volume do cilindro (V) O cilindro é equivalente a um prisma de mesma altura e mesma área da base. Assim, ou .V = π . R2 . h V = Ab . h At = 2 . Ab + Al Al = 2 . π . R . h � Uma artesã confecciona dois diferentes tipos de vela ornamental a partir de moldes feitos com cartões de papel retangulares de 20 cm x 10 cm (conforme ilustram as figuras a seguir). Unindo dois lados opostos do cartão, de duas maneiras, a artesã forma cilindros e, em segui da, os preenche completamente com parafina. Supondo-se que o custo da vela seja direta mente proprocional ao volume de parafina em pre gado, o custo da vela do tipo I, em relação ao custo da vela do tipo II, será: a) o triplo. b) o dobro. c) igual. d) a metade. e) a terça parte. Resolução Sendo R1 e R2 os raios e V1 e V2 os volumes dos cilin dros considerados, temos: I) 2 π R1 = 20 cm ⇒ R1 = cm 2 π R2 = 10 cm ⇒ R2 = cm II) V1 = π . 2 . 10 cm3 = cm3 V2 = π . 2 . 20 cm3 = cm3 III) Assim: = = 2 ⇒ V1 = 2 V2 Portanto, o primeiro tem o dobro do custo do segundo. Resposta: B Em muitas regiões do Estado do Amazonas, o volume de madeira de uma árvore cortada é avaliado de acordo com uma prática dessas regiões: I. Dá-se uma volta completa em torno do tronco com um barbante. II. O barbante é dobrado duas vezes pela ponta e, em seguida, seu comprimento é medido com fita métrica. III. O valor obtido com essa medida é mul ti pli cado por ele mesmo e depois multipli cado pelo comprimento do tronco. Esse é o volu me estimado de madeira. Outra estimativa pode ser obtida pelo cálculo formal do volume do tronco, considerando-o um cilindro perfeito. A diferença entre essas medidas é pratica mente equi valente às perdas de madeira no processo de corte para comercialização. 10 ––– π 5 –– π 10 ––– π 1 000 ––––– π 500 –––– π � � � 5–––π � 1 000 ––––– cm3 π –––––––––––– 500 ––––– cm3 π V1 ––– V2 Exercícios Resolvidos – Módulos 38 e 39 C3_2A_MAT_ROSE_2022.qxp 22/03/2022 09:36 Página 39 40 MATEMÁTICA � Determinar a área da base, a área lateral, a área total e o volume de um cilindro circular reto cujo raio da base mede 5 m e a altura 3 m. RESOLUÇÃO: I) Ab = π . R 2 Ab = π . 5 2 Ab = 25 . π m 2 II) Al = 2 . π . R . h Al = 2 . π . 5 . 3 Al = 30 . π m 2 III) At = 2 . Ab + Al At = 2 . 25 . π + 30 . π At = 80 . π m 2 IV) V = Ab . h V = 25 . π . 3 V = 75 . π m3 Pode-se afirmar que essas perdas são da ordem de: a) 30% b) 22% c) 15% d) 12% e) 5% Resolução Sendo R o raio do tronco, V o volume do tron co, con siderando-o um cilindro perfeito, e V’ o volume do tronco, calculado de acordo com essa prática regimental, tem-se: I) V = π R2h II) V’ = . . h = Assim: = 1 – = 1 – 1 – 0,78 = 0,22 = 22% Resposta: B � Em uma padaria, há dois tipos de forma de bolo, formas 1 e 2, como mostra a figura abaixo. Sejam L o lado da base da forma quadrada, r o raio da base da forma redonda, A1 e A2 as áreas das bases das formas 1 e 2, e V1 e V2 os seus volumes, respectiva mente. Se as formas têm a mesma altura h, para que elas comportem a mesma quantidade de massa de bolo, qual é a relação entre r e L? a) L = r b) L = 2r c) L = 3r d) L = r���π e) L = (π r2)/2 Resolução Os volumes V1 e V2 do bolo na forma de paralelepí pedo e do bolo na forma de cilindro são tais que: V1 = V2 ⇒ L 2 . h = π r2 h ⇒ L = r���π Resposta: D � Um chefe de cozinha utiliza um instrumento cilín - drico afiado para retirar parte do miolo de uma la - ran ja. Em seguida, ele fatia toda a laranja em secções perpendiculares ao corte feito pelo cilindro. Considere que o raio do cilindro e da laranja sejam iguais a 1 cm e a 3 cm, respectivamente. A área da maior fatia possível é a) duas vezes a área da secção transversal do cilindro. b) três vezes a área da secção transversal do cilindro. c) quatro vezes a área da secção transversal do cilindro. d) seis vezes a área da secção transversal do cilindro. e) oito vezes a área da secção transversal do cilindro. Resolução A maior fatia (adotando-se espessura zero) é a que contém o círculo maior da esfera (laranja). Descontada a secção transversal do cilindro, cuja área é de π . 12, esta fatia tem área, em cm2, de π . 32 – π . 12 = 8π, equivalente a oito vezes a área da secção transversal do cilindro. Resposta: E π2R2h –––––– 4 2π R ––––– 4 2π R ––––– 4 V’ –––– V V – V’ ––––––– V π ––– 4 Exercícios Propostos – Módulo 38 C3_2A_MAT_ROSE_2022.qxp 22/03/2022 09:36 Página 40 41MATEMÁTICA � Para resolver o problema de abastecimento de água foi decidida, numa reunião do con - domínio, a construção de uma nova cisterna. A cisterna atual tem formato cilín drico, com 3 m de altura e 2 m de diâmetro, e estimou-se que a nova cisterna deverá comportar 81 m3 de água, mantendo o formato cilíndrico e a altura da atual. Após a inauguração da nova cisterna a antiga será desativada. Utilize 3,0 como aproximação para π. Qual deve ser o aumento, em metros, no raio da cisterna para atingir o volume desejado? a) 0,5 b) 1,0 c) 2,0 d) 3,5 e) 8,0 RESOLUÇÃO: I) A cisterna atual tem 1 m de raio na base e 3 m de altura. II) A nova cisterna deverá ter 81 m3 de volume, 3 m de altura e raio R, em metros, tal que π . R2 . 3 = 81; assim, para π = 3, deve- se ter: 3 . R2 . 3 = 81 ⇔ R2 = 9 ⇒ R = 3 III) O aumento, em metros, no raio da cisterna deve ser 3 – 1 = 2 Resposta: C � Dona Maria, diarista na casa da família Teixeira, precisa fazer café para servir as vinte pessoas que se encontram numa reunião na sala. Para fazer o café, Dona Maria dispõe de uma leiteira cilíndrica e copinhos plásticos, também cilíndricos. Com o objetivo de não desperdiçar café, a diarista deseja colocar a quantidade miníma de água na leiteira para encher os vinte copinhos pela metade. Para que isso ocorra, Dona Maria deverá a) encher a leiteira até a metade, pois ela tem um volume 20 vezes maior que o volume do copo. b) encher a leiteira toda de água, pois ela tem um volume 20 vezes maior que o volume do copo. c) encher a leiteira toda de água, pois ela tem um volume 10 vezes maior que o volume do copo. d) encher duas leiteiras de água, pois ela tem um volume 10 vezes maior que o volume do copo. e) encher cinco leiteiras de água, pois ela tem um volume 10 vezes maior que o volume do copo. RESOLUÇÃO: 1) O volume do copinho plástico, em centímetros cúbicos, é π . 22 . 4 = 16π 2) O volume da leiteira, em centímetros cúbicos, é π . 42 . 20 = 320π
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