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ANÁLISE COMBINATÓRIA
Fatorial
Define-se o fatorial de um número n ( }1{Nn ) como sendo:
123...)2n()1n(n!n
Onde, n! lê-se: n fatorial ou fatorial de n.
Assim, por exemplo:
1! = 1
5! = 54321 = 120
8! = 87654321 = 40.320
Convenção: 0! = 1
Também é importante perceber que o desenvolvimento de um fatorial pode ser "truncado" em qualquer fator, colocando-
se após esse fator o símbolo que representa o fatorial de um número (!).
Por exemplo:
!5678!812345678!8
!5
; 10! = 109! = 1098! = 10987! = ...
De um modo geral, podemos escrever:
...)!2n()1n(n)!1n(n!n
Princípio Fundamental de Contagem
Em inúmeras situações do cotidiano, nos deparamos com problemas de contagem. Por exemplo:
Ao preencher volante de jogo da mega sena, de quantas maneiras diferentes é possível escolher 6 números?
Ao escolher 6 algarismos para compor uma senha de um cartão magnético, de quantas maneiras diferentes podemos
fazê-lo?
No último campeonato estadual de futebol, ficaram 4 equipes para disputar a etapa final. Se cada uma jogou com
todas as demais uma única vez, quantas partidas ocorreram nessa fase?
As placas dos veículos nacionais atualmente são compostas de 3 letras seguidas de 4 algarismos. Quantas placas
diferentes tal sistema comporta?
Como a contagem direta desses eventos é, em geral, impraticável, a Matemática recorre a técnicas indiretas de
contagem.
Esse conjunto de técnicas é chamado análise combinatória e iniciaremos seu estudo apresentando o princípio
fundamental de contagem.
Considere o seguinte problema:
“Um rapaz quer se vestir usando uma calça e uma camisa. Sabendo que ele possui 3 calças (1 branca, 1 azul e 1 preta)
e 2 camisas (1 vermelha e 1 amarela), de quantas maneiras diferentes ele poderá se vestir?”
Resolução:
As possíveis combinações são:
1. calça branca e camisa vermelha.
2. calça branca e camisa amarela.
3. calça azul e camisa vermelha.
4. calça azul e camisa amarela.
5. calça preta e camisa vermelha.
6. calça preta e camisa amarela.
Ou seja, 2 3 = 6 possibilidades
CURSO ANUAL DE MATEMÁTICA
AULA 13 – Prof. Raul Brito
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CURSO DE MATEMÁTICA ANUAL – AULA 13 – Prof. Raul Brito ANÁLISE COMBINATÓRIA
Considere um segundo exemplo:
Para viajar de uma cidade A para uma cidade C, por uma rodovia, deve-se passar necessariamente por uma cidade B.
Se há 3 rodovias ligando A a B e 4 rodovias ligando B a C, quantas opções diferentes há para se ir de A até C ?
Solução:
As possíveis trajetórias são:
1. 1 4 7. 2 6
2. 1 5 8. 2 7
3. 1 6 9. 3 4
4. 1 7 10. 3 5
5. 2 4 11. 3 6
6. 2 5 12. 3 7
Ou seja, 3 4 = 12 possibilidades
Os dois exemplos vistos ilustram o que chamamos princípio fundamental da contagem, também conhecido com princípio
multiplicativo, que pode ser enunciado assim:
“Se um evento A pode ocorrer de m maneiras distintas e se, para cada uma dessas m maneiras, um outro evento B pode
ocorrer de n modos diferentes, então o número de maneiras de ocorrer o evento A seguido do evento B é mn.”
Combinações Simples e Arranjos Simples
Vamos agora apresentar duas situações que ocorrem frequentemente quando resolvemos problemas de contagem: os
arranjos simples e as combinações simples. Vamos introduzi-los a partir de um problema.
Seja o conjunto E = {a, b, c}. Com os elementos de E vamos obter os seguintes agrupamentos:
Todos os subconjuntos de E com 2 elementos:
{a, b}, {a, c}, {b, c}
Todas as sequências com 2 elementos de E:
(a, b), (b, a), (a, c), (c, a), (b, c), (c, b)
Observe que esses dois tipos de agrupamentos diferem num aspecto básico.
No caso dos subconjuntos, não é levada em conta a ordem em que os elementos são escritos, isto é, alterando-se a
ordem dos elementos de um subconjunto, este não se altera.
Assim: {a, b} = {b, a} {b, c} = {c, b}
Porém, no caso das sequências, a mudança da ordem dos elementos gera uma outra sequência.
Assim: (a, b) (b, a) (b, c) (c, b)
Os agrupamentos do 1
o
tipo, os subconjuntos, são chamados combinações simples, enquanto que os dos 2
o
tipo, as
sequências, são chamados arranjos simples. Nos dois casos, a palavra simples se refere ao fato de que os
agrupamentos são formados por elementos distintos.
Observações !!!
A diferenciação entre combinações e arranjos será de fundamental importância na resolução dos problemas de
contagem daqui em diante. Destaquemos mais uma vez que:
COMBINAÇÕES a ordem não importa
ARRANJOS a ordem importa
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Número de Combinações Simples
)!pn(!p
!n
Cpn
Lê-se: combinação de n elementos distintos tomados p a p.
Número de Arranjos Simples
)!pn(
!n
Apn
Lê-se: arranjo de n elementos distintos tomados p a p.
Relação entre os Arranjos Simples e as Combinações Simples
p
n
p
n C!pA
Permutação Simples
É um caso particular de arranjos simples. A permutação de n elementos distintos é o arranjo de n elementos distintos
tomados n a n.
n
nn AP !nPn
Outras Notações
p
n n, p
n
C C
p
p,n
p
n AA
Permutações com Repetições
É o número de permutações de n objetos onde há a repetição de um ou mais elementos. Para ser mais objetivo, o
primeiro elemento repete-se 1 vezes, o segundo elemento repete-se 2 vezes, ..., o k-ésimo elemento repete-se k
vezes.
!...!!
!n
P
k21
,...,,
n
k21
Onde n = 1 + 2 + ... + k
Permutações Circulares
É o número de permutações possíveis que n objetos distintos podem ter quando dispostos em n lugares em um círculo,
de tal maneira que eles fiquem equiespaçados e que sejam consideradas equivalentes disposições que possam coincidir
por rotação.
Resposta:
PCn = n!/n )!1n(PCn
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EXERCÍCIOS DE APRENDIZAGEM:
Questão 01
O técnico de uma equipe de atletismo formada por
7 corredores precisa escolher 2 grupos de corredores.
O 1º grupo irá disputar a corrida do revezamento 4x100 e o
2º grupo irá disputar a corrida do revezamento 4x200.
Sabendo que o melhor corredor da equipe deverá ser o
último a correr as 2 provas, também o único a correr as 2
provas e que todos os outros corredores tem que participar
de uma das corridas, quantas são as possibilidade de se
formar essas equipes?
a) 680
b) 700
c) 720
d) 740
e) 750
Questão 02
Do alto de uma torre dispomos de 5 bandeiras que
utilizamos para emitir mensagens de sinalização. Cada
mensagem está associada ao hasteamento de 1 ou mais
bandeiras. Quantas mensagens podemos emitir com essas
5 bandeiras?
a) 325
b) 345
c) 355
d) 365
e) 375
Questão 03
Usando os algarismo 2, 3, 4, 5 e 6 e sem repeti-los, quantos
números de 5 dígitos e pares nós podemos formar maiores
que 40000?
a) 39
b) 40
c) 41
d) 42
e) 43
Questão 04
A figura mostra uma tela quadrada de arame, onde se
encontram, em vértices opostos, uma aranha e uma
formiga:
A aranha se desloca, sobre a tela, em direção à formiga,
sempre andando para cima e/ou para a direita (nunca volta).
O número de distintas possíveis trajetórias da aranha,
passando pelo centro C da tela, até chegar à formiga, é:
a) 16
b) 20
c) 30
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d) 36
e) 42
Questão 05
Deseja-se dispor em fila cinco crianças: Marcelo, Rogério,
Reginaldo, Danielle e Márcio. Calcule o número das
distintas maneiras que elas podem ser dispostas de modo
que Rogério e Reginaldo fiquem sempre vizinhos.
a) 24 d) 96
b) 48 e) 102
c) 72
Questão 06
Dos 30 candidatos ao preenchimentode 4 vagas em certa
empresa, sabe-se que 18 são do sexo masculino, 13 são
fumantes e 7 são mulheres que não fumam. De quantos
modos podem ser selecionados 2 homens e 2 mulheres
entre os não fumantes?
a) 40 d) 3780
b) 945 e) 3796
c) 2380
Questão 07
Um químico possui 10 tipos de substâncias. De quantos
modos possíveis poderá associar 6 dessas substâncias se,
entre as 10, duas somente, não podem ser juntas porque
produzem mistura explosiva?
a) 80
b) 120
c) 140
d) 160
e) 180
Questão 08
Dois prêmios devem ser distribuídos entre n pessoas, de
modo que uma pessoa não receba mais que um prêmio. Se
os prêmios forem iguais, a distribuição poderá ser feita de
k + 20 maneiras, mas se os prêmios forem distintos a
distribuição poderá ser feita de 4k – 10 maneiras. O número
n é:
a) 8
b) 10
c) 15
d) 25
e) 40
Questão 09
Sabe-se que numa reunião tivemos ao todos 45 apertos de
mão, como todos os participantes se cumprimentaram,
podemos então afirmar que o número de participantes
dessa reunião era:
a) 10
b) 20
c) 25
d) 30
e) 35
Questão 10
Duas retas denominadas r e s são paralelas. A reta r possui
7 pontos discriminados e a reta s possui 5 pontos
discriminados. Quantos triângulos podemos formar tendo
como vértices pontos dessas 2 retas?
a) 175
b) 185
c) 195
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d) 205
e) 215
EXERCÍCIOS DE FIXAÇÃO
Questão 01
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.
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
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.
Questão 02
Um banco solicitou aos seus clientes a criação de uma
senha pessoal de seis dígitos, formada somente por
algarismos de 0 a 9, para acesso à conta-corrente pela
internet.
Entretanto, um especialista em sistemas de segurança
eletrônica recomendou à direção do banco recadastrar seus
usuários, solicitando, para cada um deles, a criação de uma
nova senha com seis dígitos, permitindo agora o uso das
26 letras do alfabeto, além dos algarismos de 0 a 9. Nesse
novo sistema, cada letra maiúscula era considerada distinta
de sua versão minúscula. Além disso, era proibido o uso de
outros tipos de caracteres.
Uma forma de avaliar uma alteração no sistema de senhas
é a verificação do coeficiente de melhora, que é a razão do
novo número de possibilidades de senhas em relação ao
antigo.
O coeficiente de melhora da alteração recomendada é
a)
6
6
62
10
d) 62! 10!
b)
62!
10!
e) 6 662 10
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c)
62! 4!
10! 56!
Questão 03
Um artesão de joias tem a sua disposição pedras brasileiras
de três cores: vermelhas, azuis e verdes.
Ele pretende produzir joias constituídas por uma liga
metálica, a partir de um molde no formato de um losango
não quadrado com pedras nos seus vértices, de modo que
dois vértices consecutivos tenham sempre pedras de cores
diferentes.
A figura ilustra uma joia, produzida por esse artesão, cujos
vértices A, B, C e D correspondem às posições ocupadas
pelas pedras.
Com base nas informações fornecidas, quantas joias
diferentes, nesse formato, o artesão poderá obter?
a) 6
b) 12
c) 18
d) 24
e) 36
Questão 04
O designer português Miguel Neiva criou um sistema de
símbolos que permite que pessoas daltônicas identifiquem
cores. O sistema consiste na utilização de símbolos que
identificam as cores primárias (azul, amarelo e vermelho).
Além disso, a justaposição de dois desses símbolos permite
identificar cores secundárias (como o verde, que é o
amarelo combinado com o azul). O preto e o branco são
identificados por pequenos quadrados: o que simboliza o
preto é cheio, enquanto o que simboliza o branco é vazio.
Os símbolos que representam preto e branco também
podem ser associados aos símbolos que identificam cores,
significando se estas são claras ou escuras.
Folha de Sao Paulo. Disponível em: www1.folha.uol.com.br. Acesso em: 18
fev. 2012. (adaptado)
De acordo com o texto, quantas cores podem ser
representadas pelo sistema proposto?
a) 14
b) 18
c) 20
d) 21
e) 23
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Questão 05
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
cômodos; um dos personagens esconde um dos objetos em
um dos cômodos da casa. O objetivo da brincadeira 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 sorteado 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.
Questão 06
O setor de recursos humanos de uma empresa vai realizar
uma entrevista com 120 candidatos a uma vaga de
contador. Por sorteio, eles pretendem atribuir 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 computador, foram
gerados números com 5 algarismos distintos 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.
Questão 07
João mora na cidade A e precisa visitar cinco clientes,
localizados em cidades diferentes da sua. Cada trajeto
possível pode ser representado por uma sequência de 7
letras. Por exemplo, o trajeto ABCDEFA, informa que ele
saíra da cidade A, visitando as cidades B, C, D, E e F nesta
ordem, voltando para a cidade A. Além disso, o número
indicado entre as letras informa o custo do deslocamento
entre as cidades. A figura mostra o custo de deslocamento
entre cada uma das cidades.
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Como João quer economizar, ele precisa determinar qual o
trajeto de menor custo para visitar os cinco clientes.
Examinando a figura, percebe que precisa considerar
somente parte das sequências, pois os trajetos ABCDEFA e
AFEDCBA têm o mesmo custo. Ele gasta 1 min30s para
examinar uma sequência e descartar sua simétrica,
conforme apresentado.
O tempo mínimo necessário para João verificar todas as
sequências possíveis noproblema é de
a) 60 min.
b) 90 min.
c) 120 min.
d) 180 min.
e) 360 min.
Questão 08
Doze times se inscreveram em um torneio de futebol
amador. O jogo de abertura do torneio foi escolhido da
seguinte forma: primeiro foram sorteados 4 times para
compor o Grupo A. Em seguida, entre os times do Grupo A,
foram sorteados 2 times para realizar o jogo de abertura do
torneio, sendo que o primeiro deles jogaria em seu próprio
campo, e o segundo seria o time visitante.
A quantidade total de escolhas possíveis para o Grupo A e a
quantidade total de escolhas dos times do jogo de abertura
podem ser calculadas através de
a) uma combinação e um arranjo, respectivamente.
b) um arranjo e uma combinação, respectivamente.
c) um arranjo e uma permutação, respectivamente.
d) duas combinações.
e) dois arranjos.
Questão 09
Estima-se que haja, no Acre, 209 espécies de mamíferos,
distribuídas conforme a tabela a seguir.
grupos taxonômicos número de espécies
Artiodáctilos 4
Carnívoros 18
Cetáceos 2
Quirópteros 103
Lagomorfos 1
Marsupiais 16
Perissodáctilos 1
Primatas 20
Roedores 33
Sirênios 1
Edentados 10
10
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Total 209
T & C Amazônia, ano 1, n.º 3, dez./2003.
Deseja-se realizar um estudo comparativo entre três dessas
espécies de mamíferos - uma do grupo Cetáceos, outra do
grupo Primatas e a terceira do grupo Roedores.
O número de conjuntos distintos que podem ser formados
com essas espécies para esse estudo é igual a
a) 1.320.
b) 2.090.
c) 5.845.
d) 6.600.
e) 7.245.
Questão 10
A escrita Braile para cegos é um sistema de símbolos no
qual cada caractere é um conjunto de 6 pontos dispostos
em forma retangular, dos quais pelo menos um se destaca
em relação aos demais.
Por exemplo, a letra A é representada por
O número total de caracteres que podem ser representados
no sistema Braile é
a) 12.
b) 31.
c) 36.
d) 63.
e) 720.
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GABARITO
Resposta da questão 1:
[A]
Supondo que duas cartelas de um mesmo jogador não possuem 6 dezenas iguais, segue-se que Arthur, Bruno, Caio,
Douglas e Eduardo possuem, respectivamente, as seguintes possibilidades de serem premiados:
Arthur: 250;
Bruno: Com 41 cartelas de 7 números ele gastou R$ 492,00. Como são R$ 500,00, sobram R$ 8,00 que dão 4 cartelas
de 6 números. Assim temos:
7
41 4 41 7 4 287 4 291
6
.
Caio: Com 12 cartelas de 8 números ele gastou R$ 480,00. Como são R$ 500,00, sobram R$ 20,00 que dão 10 cartelas
de 6 números. Assim temos:
8 8.7
12 10 12 10 12 28 10 336 10 346;
6 2!
Douglas: Com 4 cartelas de 9 números ele gastou R$ 500,00. Assim temos:
9 9.8.7 9.8.7
4 4 4 4 3 4 7 336
6 3! 3.2
.
Eduardo: Com 2 cartelas de 10 números ele gastou R$ 500,00. Assim temos:
10 10.9.8.7 10.9.8.7
2 2 2 2 10 3 7 420.
6 4! 4.3.2.1
Portanto, como o número de casos possíveis para o resultado do sorteio é o mesmo para todos, podemos concluir que
Caio e Eduardo são os que têm as maiores probabilidades de serem premiados.
Resposta: Caio e Eduardo
Resposta da questão 2:
[A]
Sabendo que cada letra maiúscula difere da sua correspondente minúscula, há 2 26 10 62 possibilidades para
cada dígito da senha. Logo, pelo Princípio Fundamental da Contagem, segue-se que existem
662 62 62 62 62 62 62 senhas possíveis de seis dígitos com algarismos e letras.
Analogamente, no sistema antigo existiam 610 10 10 10 10 10 10 senhas possíveis de seis dígitos apenas com
os algarismos.
Em consequência, a razão pedida é
6
6
62
.
10
Resposta:
6
6
62
10
.
Resposta da questão 3:
[B]
Há 3 escolhas para a cor da pedra que ficará no vértice A (vermelho, azul ou verde). Além disso, podem ocorrer dois
casos em relação às pedras que ficarão nos vértices B e D :
caso (i): as cores das pedras em B e D são iguais, ou seja, fazendo a escolha, por exemplo, da pedra B,
automaticamente escolhemos a cor da pedra D, logo temos (A, B, C, D) (3, 2,1,1),
caso (ii): as cores das pedras em B e D são distintas.
Portanto, as configurações possíveis são: (A, B, C, D) (3, 2,1,1), e (A, B, C, D) (3,1, 2,1) o que corresponde a
3 1 2 1 3 2 1 1 12 joias distintas.
Resposta: 12 joias.
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Resposta da questão 4:
[C]
Cores primárias: 3.3 = 9 (vermelho, amarelo e azul) . (normal, clara e escura)
Cores secundárias: 3.3 = 9 (verde que é amarelo e azul, violeta que é azul e vermelho e laranja que é amarelo e
vermelho) . (normal, clara e escura)
Preto e branco: 2.
Portanto, o total de cores será 9 + 9 + 2 = 20.
Resposta: 20 cores.
Resposta da questão 5:
[A]
Pelo PFC, existem 5 6 9 270 respostas possíveis. Portanto, o diretor sabe que algum aluno acertará a resposta
porque há 280 270 10 alunos a mais do que o número de respostas possíveis.
Resposta: 10 alunos a mais.
Resposta da questão 6:
[E]
Começando com 1: 4! = 24 (permutação dos algarismos 3, 5, 7, 9)
Começando com 3: 4! = 24 (permutação dos algarismos 1, 5, 7, 9)
Começando com 5: 4! = 24 (permutação dos algarismos 1, 3, 7, 9)
Começando com 71: 3! = 6 (permutação dos algarismos 3, 5, 9)
Começando com 73: 3! = 6 (permutação dos algarismos 1, 5, 9)
Começando com 751: 2! = 2 (permutação dos algarismos 3, 9)
Começando com 753: 2! = 2 (permutação dos algarismos 1, 9)
O próximo será 75913
Logo temos um total de 24 + 24 + 24 + 6 + 6 + 2 + 2 + 1 = 89 (octogésima nona posição).
Resposta: 89.
Resposta da questão 7:
[B]
Para visitar as 5 cidades ele tem 5! = 120 sequências possíveis. Desconsiderando as simétricas, temos 60 sequências
para visitar, logo o tempo necessário será de 1,5. 60 = 90 minutos.
Resposta: 90 minutos
Resposta da questão 8:
[A]
Para a escolha do grupo A, a ordem dos elementos não importa o que nos leva a pensar numa combinação.
Mas no jogo de abertura existe o time que jogará em sua casa. Como a ordem importa, então temos um arranjo.
Logo a alternativa A é a correta.
Resposta: Combinação e Arranjo.
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Resposta da questão 9:
[A]
Há
2
2
1
modos de escolher uma espécie do grupo Cetáceos,
20
20
1
modos de escolher uma espécie do grupo
Primatas e
33
33
1
modos de escolher uma espécie do grupo Roedores.
Portanto, pelo PFC, podemos formar 2 20 33 1320 conjuntos distintos.
Resposta: 1320 conjuntos distintos.
Resposta da questão 10:
[D]
Cada ponto pode ou não se destacar em relação aos demais, então temos duas opções para cada ponto. Logo, pelo
Princípio Fundamental da contagem, há 2 2 2 2 2 2 64 conjuntos possíveis, sendo que em um deles nenhum dos
pontos se destaca, em relação aos demais. Portanto, o número total de caracteres que podem ser representados no
sistema Braile é: 64 1 63.
Resposta: 63.