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Fundamentos Inclusa˜o/Exclusa˜o Princ´ıpio da Casa dos Pombos Permutac¸o˜es Combinac¸o˜es Contagem Prof. Dr. Leandro Balby Marinho Matema´tica Discreta Prof. Dr. Leandro Balby Marinho 1 / 34 UFCG CEEI Fundamentos Inclusa˜o/Exclusa˜o Princ´ıpio da Casa dos Pombos Permutac¸o˜es Combinac¸o˜es Motivac¸a˜o I Contagem e combinato´ria sa˜o partes importantes da matema´tica discreta. I Se resumem a contar elementos em conjuntos finitos. I Problemas de contagem incluem: I Quantas operac¸o˜es um algoritmo executa? I Quantos enderec¸os IP va´lidos existem? I Quantas senhas de seis caracteres alfanume´ricos existem em um sistema computacional? Prof. Dr. Leandro Balby Marinho 2 / 34 UFCG CEEI Fundamentos Inclusa˜o/Exclusa˜o Princ´ıpio da Casa dos Pombos Permutac¸o˜es Combinac¸o˜es Motivac¸a˜o I Contagem e combinato´ria sa˜o partes importantes da matema´tica discreta. I Se resumem a contar elementos em conjuntos finitos. I Problemas de contagem incluem: I Quantas operac¸o˜es um algoritmo executa? I Quantos enderec¸os IP va´lidos existem? I Quantas senhas de seis caracteres alfanume´ricos existem em um sistema computacional? Prof. Dr. Leandro Balby Marinho 2 / 34 UFCG CEEI Fundamentos Inclusa˜o/Exclusa˜o Princ´ıpio da Casa dos Pombos Permutac¸o˜es Combinac¸o˜es Motivac¸a˜o I Contagem e combinato´ria sa˜o partes importantes da matema´tica discreta. I Se resumem a contar elementos em conjuntos finitos. I Problemas de contagem incluem: I Quantas operac¸o˜es um algoritmo executa? I Quantos enderec¸os IP va´lidos existem? I Quantas senhas de seis caracteres alfanume´ricos existem em um sistema computacional? Prof. Dr. Leandro Balby Marinho 2 / 34 UFCG CEEI Fundamentos Inclusa˜o/Exclusa˜o Princ´ıpio da Casa dos Pombos Permutac¸o˜es Combinac¸o˜es Motivac¸a˜o I Contagem e combinato´ria sa˜o partes importantes da matema´tica discreta. I Se resumem a contar elementos em conjuntos finitos. I Problemas de contagem incluem: I Quantas operac¸o˜es um algoritmo executa? I Quantos enderec¸os IP va´lidos existem? I Quantas senhas de seis caracteres alfanume´ricos existem em um sistema computacional? Prof. Dr. Leandro Balby Marinho 2 / 34 UFCG CEEI Fundamentos Inclusa˜o/Exclusa˜o Princ´ıpio da Casa dos Pombos Permutac¸o˜es Combinac¸o˜es Motivac¸a˜o I Contagem e combinato´ria sa˜o partes importantes da matema´tica discreta. I Se resumem a contar elementos em conjuntos finitos. I Problemas de contagem incluem: I Quantas operac¸o˜es um algoritmo executa? I Quantos enderec¸os IP va´lidos existem? I Quantas senhas de seis caracteres alfanume´ricos existem em um sistema computacional? Prof. Dr. Leandro Balby Marinho 2 / 34 UFCG CEEI Fundamentos Inclusa˜o/Exclusa˜o Princ´ıpio da Casa dos Pombos Permutac¸o˜es Combinac¸o˜es Motivac¸a˜o I Contagem e combinato´ria sa˜o partes importantes da matema´tica discreta. I Se resumem a contar elementos em conjuntos finitos. I Problemas de contagem incluem: I Quantas operac¸o˜es um algoritmo executa? I Quantos enderec¸os IP va´lidos existem? I Quantas senhas de seis caracteres alfanume´ricos existem em um sistema computacional? Prof. Dr. Leandro Balby Marinho 2 / 34 UFCG CEEI Fundamentos Inclusa˜o/Exclusa˜o Princ´ıpio da Casa dos Pombos Permutac¸o˜es Combinac¸o˜es Roteiro 1. Princ´ıpios Fundamentais da Contagem 2. Princ´ıpio da Inclusa˜o/Exclusa˜o 3. Princ´ıpio da Casa dos Pombos 4. Permutac¸o˜es 5. Combinac¸a˜o Prof. Dr. Leandro Balby Marinho 3 / 34 UFCG CEEI Fundamentos Inclusa˜o/Exclusa˜o Princ´ıpio da Casa dos Pombos Permutac¸o˜es Combinac¸o˜es Princ´ıpio da Multiplicac¸a˜o Definic¸a˜o 1 Assuma que um procedimento pode ser dividido em uma sequeˆncia de k eventos. Se ha´ n1 possibilidades para o primeiro evento e para cada dessas possibilidades do primeiro evento, ha´ n2 possibilidades para o segundo evento, e assim por diante, existem n1 · n2 · . . . · nk possibilidades para a sequeˆncia de eventos. Prof. Dr. Leandro Balby Marinho 3 / 34 UFCG CEEI Fundamentos Inclusa˜o/Exclusa˜o Princ´ıpio da Casa dos Pombos Permutac¸o˜es Combinac¸o˜es Exemplos Exemplo 1: Com a reforma da Universidade, o DSC tera´ 10 salas novas para professores. Quantas formas existem de alocar diferentes salas para dois professores rece´m contratados? I 10 possibilidades de alocar uma sala para o primeiro professor. I 9 possibilidades para alocar uma sala para o segundo professor. I Portanto, 10 · 9 = 90 formas de alocar 10 salas para esses dois professores. Exemplo 2: Quantas cadeias de bits de tamanho 7 existem? Soluc¸a˜o: Ha´ duas possibilidades para cada bit, 0 ou 1. Portanto ha´ um total de 27 = 128 cadeias de bits diferentes. Prof. Dr. Leandro Balby Marinho 4 / 34 UFCG CEEI Fundamentos Inclusa˜o/Exclusa˜o Princ´ıpio da Casa dos Pombos Permutac¸o˜es Combinac¸o˜es Exemplos Exemplo 1: Com a reforma da Universidade, o DSC tera´ 10 salas novas para professores. Quantas formas existem de alocar diferentes salas para dois professores rece´m contratados? I 10 possibilidades de alocar uma sala para o primeiro professor. I 9 possibilidades para alocar uma sala para o segundo professor. I Portanto, 10 · 9 = 90 formas de alocar 10 salas para esses dois professores. Exemplo 2: Quantas cadeias de bits de tamanho 7 existem? Soluc¸a˜o: Ha´ duas possibilidades para cada bit, 0 ou 1. Portanto ha´ um total de 27 = 128 cadeias de bits diferentes. Prof. Dr. Leandro Balby Marinho 4 / 34 UFCG CEEI Fundamentos Inclusa˜o/Exclusa˜o Princ´ıpio da Casa dos Pombos Permutac¸o˜es Combinac¸o˜es Exemplos Exemplo 1: Com a reforma da Universidade, o DSC tera´ 10 salas novas para professores. Quantas formas existem de alocar diferentes salas para dois professores rece´m contratados? I 10 possibilidades de alocar uma sala para o primeiro professor. I 9 possibilidades para alocar uma sala para o segundo professor. I Portanto, 10 · 9 = 90 formas de alocar 10 salas para esses dois professores. Exemplo 2: Quantas cadeias de bits de tamanho 7 existem? Soluc¸a˜o: Ha´ duas possibilidades para cada bit, 0 ou 1. Portanto ha´ um total de 27 = 128 cadeias de bits diferentes. Prof. Dr. Leandro Balby Marinho 4 / 34 UFCG CEEI Fundamentos Inclusa˜o/Exclusa˜o Princ´ıpio da Casa dos Pombos Permutac¸o˜es Combinac¸o˜es Exemplos Exemplo 1: Com a reforma da Universidade, o DSC tera´ 10 salas novas para professores. Quantas formas existem de alocar diferentes salas para dois professores rece´m contratados? I 10 possibilidades de alocar uma sala para o primeiro professor. I 9 possibilidades para alocar uma sala para o segundo professor. I Portanto, 10 · 9 = 90 formas de alocar 10 salas para esses dois professores. Exemplo 2: Quantas cadeias de bits de tamanho 7 existem? Soluc¸a˜o: Ha´ duas possibilidades para cada bit, 0 ou 1. Portanto ha´ um total de 27 = 128 cadeias de bits diferentes. Prof. Dr. Leandro Balby Marinho 4 / 34 UFCG CEEI Fundamentos Inclusa˜o/Exclusa˜o Princ´ıpio da Casa dos Pombos Permutac¸o˜es Combinac¸o˜es Exemplos Exerc´ıcio 1: Quantas placas de carro diferentes existem se cada placa conte´m uma sequeˆncia de treˆs letras seguidas de treˆs d´ıgitos? Exemplo 3: Quantas func¸o˜es existem de um conjunto com m elementos em um conjunto com n elementos? Soluc¸a˜o: Uma func¸a˜o corresponde a escolha de um dos n elementos no codom´ınio para cada um dos m elementos do dom´ınio. Portanto, ha´ nm func¸o˜es poss´ıveis. Exerc´ıcio 2: Quantas func¸o˜es injetoras existem de um conjunto com m elementos em um conjunto com n elementos? Prof. Dr. Leandro Balby Marinho 5 / 34 UFCG CEEI Fundamentos Inclusa˜o/Exclusa˜o Princ´ıpio da Casa dos Pombos Permutac¸o˜es Combinac¸o˜es Exemplos Exerc´ıcio 1: Quantas placas de carro diferentes existemse cada placa conte´m uma sequeˆncia de treˆs letras seguidas de treˆs d´ıgitos? Exemplo 3: Quantas func¸o˜es existem de um conjunto com m elementos em um conjunto com n elementos? Soluc¸a˜o: Uma func¸a˜o corresponde a escolha de um dos n elementos no codom´ınio para cada um dos m elementos do dom´ınio. Portanto, ha´ nm func¸o˜es poss´ıveis. Exerc´ıcio 2: Quantas func¸o˜es injetoras existem de um conjunto com m elementos em um conjunto com n elementos? Prof. Dr. Leandro Balby Marinho 5 / 34 UFCG CEEI Fundamentos Inclusa˜o/Exclusa˜o Princ´ıpio da Casa dos Pombos Permutac¸o˜es Combinac¸o˜es Exemplos Exerc´ıcio 1: Quantas placas de carro diferentes existem se cada placa conte´m uma sequeˆncia de treˆs letras seguidas de treˆs d´ıgitos? Exemplo 3: Quantas func¸o˜es existem de um conjunto com m elementos em um conjunto com n elementos? Soluc¸a˜o: Uma func¸a˜o corresponde a escolha de um dos n elementos no codom´ınio para cada um dos m elementos do dom´ınio. Portanto, ha´ nm func¸o˜es poss´ıveis. Exerc´ıcio 2: Quantas func¸o˜es injetoras existem de um conjunto com m elementos em um conjunto com n elementos? Prof. Dr. Leandro Balby Marinho 5 / 34 UFCG CEEI Fundamentos Inclusa˜o/Exclusa˜o Princ´ıpio da Casa dos Pombos Permutac¸o˜es Combinac¸o˜es Exemplos Exerc´ıcio 1: Quantas placas de carro diferentes existem se cada placa conte´m uma sequeˆncia de treˆs letras seguidas de treˆs d´ıgitos? Exemplo 3: Quantas func¸o˜es existem de um conjunto com m elementos em um conjunto com n elementos? Soluc¸a˜o: Uma func¸a˜o corresponde a escolha de um dos n elementos no codom´ınio para cada um dos m elementos do dom´ınio. Portanto, ha´ nm func¸o˜es poss´ıveis. Exerc´ıcio 2: Quantas func¸o˜es injetoras existem de um conjunto com m elementos em um conjunto com n elementos? Prof. Dr. Leandro Balby Marinho 5 / 34 UFCG CEEI Fundamentos Inclusa˜o/Exclusa˜o Princ´ıpio da Casa dos Pombos Permutac¸o˜es Combinac¸o˜es Princ´ıpio da Adic¸a˜o Definic¸a˜o 2 Sejam A1,A2, . . . ,Am conjuntos finitos disjuntos. O nu´mero de ele- mentos na unia˜o desses conjuntos e´ dado por: |A1 ∪ A2 ∪ . . . ∪ Am| = |A1|+ |A2|+ . . . + |Am| Prof. Dr. Leandro Balby Marinho 6 / 34 UFCG CEEI Fundamentos Inclusa˜o/Exclusa˜o Princ´ıpio da Casa dos Pombos Permutac¸o˜es Combinac¸o˜es Exemplos Exemplo 4: Um cliente deseja comprar um ve´ıculo de uma concessiona´ria que dispo˜e de 23 carros e 14 motocicletas em estoque. Quantas escolhas poss´ıveis o cliente pode ter? Soluc¸a˜o: O cliente deseja escolher um carro ou uma motocicleta. Sa˜o eventos disjuntos com 23 possibilidade de escolha de um carro e 14 de uma motocicleta. Pelo princ´ıpio da adic¸a˜o, a escolha de um ve´ıculo tem 23 + 14 = 37 possibilidades. Exerc´ıcio 3: Um aluno pode escolher um projeto de uma de treˆs listas. As treˆs listas conte´m 23,15 e 19 poss´ıveis projetos respectivamente. Nenhum projeto esta´ em mais de uma lista. Quantos projetos poss´ıveis os alunos podem escolher? Prof. Dr. Leandro Balby Marinho 7 / 34 UFCG CEEI Fundamentos Inclusa˜o/Exclusa˜o Princ´ıpio da Casa dos Pombos Permutac¸o˜es Combinac¸o˜es Exemplos Exemplo 4: Um cliente deseja comprar um ve´ıculo de uma concessiona´ria que dispo˜e de 23 carros e 14 motocicletas em estoque. Quantas escolhas poss´ıveis o cliente pode ter? Soluc¸a˜o: O cliente deseja escolher um carro ou uma motocicleta. Sa˜o eventos disjuntos com 23 possibilidade de escolha de um carro e 14 de uma motocicleta. Pelo princ´ıpio da adic¸a˜o, a escolha de um ve´ıculo tem 23 + 14 = 37 possibilidades. Exerc´ıcio 3: Um aluno pode escolher um projeto de uma de treˆs listas. As treˆs listas conte´m 23,15 e 19 poss´ıveis projetos respectivamente. Nenhum projeto esta´ em mais de uma lista. Quantos projetos poss´ıveis os alunos podem escolher? Prof. Dr. Leandro Balby Marinho 7 / 34 UFCG CEEI Fundamentos Inclusa˜o/Exclusa˜o Princ´ıpio da Casa dos Pombos Permutac¸o˜es Combinac¸o˜es Exemplos Exemplo 4: Um cliente deseja comprar um ve´ıculo de uma concessiona´ria que dispo˜e de 23 carros e 14 motocicletas em estoque. Quantas escolhas poss´ıveis o cliente pode ter? Soluc¸a˜o: O cliente deseja escolher um carro ou uma motocicleta. Sa˜o eventos disjuntos com 23 possibilidade de escolha de um carro e 14 de uma motocicleta. Pelo princ´ıpio da adic¸a˜o, a escolha de um ve´ıculo tem 23 + 14 = 37 possibilidades. Exerc´ıcio 3: Um aluno pode escolher um projeto de uma de treˆs listas. As treˆs listas conte´m 23,15 e 19 poss´ıveis projetos respectivamente. Nenhum projeto esta´ em mais de uma lista. Quantos projetos poss´ıveis os alunos podem escolher? Prof. Dr. Leandro Balby Marinho 7 / 34 UFCG CEEI Fundamentos Inclusa˜o/Exclusa˜o Princ´ıpio da Casa dos Pombos Permutac¸o˜es Combinac¸o˜es Combinando os Princ´ıpios Fundamentais da Contagem Os princ´ıpios fundamentais da contagem podem ser combinados para a resoluc¸a˜o de problemas mais complexos. Exemplo 5: Quantos nu´meros de 4 d´ıgitos comec¸am com 4 ou com 5? Soluc¸a˜o: Podemos considerar dois conjuntos disjuntos: nu´meros que comec¸am com 4 e nu´meros que comec¸am com 5. Portanto, sa˜o 1 ·10 ·10 ·10 = 1000 formas de escolher um nu´mero de 4 d´ıgitos comec¸ando com o 4. Para a contagem do segundo conjunto se aplica o mesmo racioc´ınio dando o mesmo resultado: 1000. Usando agora o Princ´ıpio da Adic¸a˜o, podemos deduzir que existem 1000 + 1000 = 2000 resultados poss´ıveis ao todo. Prof. Dr. Leandro Balby Marinho 8 / 34 UFCG CEEI Fundamentos Inclusa˜o/Exclusa˜o Princ´ıpio da Casa dos Pombos Permutac¸o˜es Combinac¸o˜es Combinando os Princ´ıpios Fundamentais da Contagem Os princ´ıpios fundamentais da contagem podem ser combinados para a resoluc¸a˜o de problemas mais complexos. Exemplo 5: Quantos nu´meros de 4 d´ıgitos comec¸am com 4 ou com 5? Soluc¸a˜o: Podemos considerar dois conjuntos disjuntos: nu´meros que comec¸am com 4 e nu´meros que comec¸am com 5. Portanto, sa˜o 1 ·10 ·10 ·10 = 1000 formas de escolher um nu´mero de 4 d´ıgitos comec¸ando com o 4. Para a contagem do segundo conjunto se aplica o mesmo racioc´ınio dando o mesmo resultado: 1000. Usando agora o Princ´ıpio da Adic¸a˜o, podemos deduzir que existem 1000 + 1000 = 2000 resultados poss´ıveis ao todo. Prof. Dr. Leandro Balby Marinho 8 / 34 UFCG CEEI Fundamentos Inclusa˜o/Exclusa˜o Princ´ıpio da Casa dos Pombos Permutac¸o˜es Combinac¸o˜es Combinando os Princ´ıpios Fundamentais da Contagem Os princ´ıpios fundamentais da contagem podem ser combinados para a resoluc¸a˜o de problemas mais complexos. Exemplo 5: Quantos nu´meros de 4 d´ıgitos comec¸am com 4 ou com 5? Soluc¸a˜o: Podemos considerar dois conjuntos disjuntos: nu´meros que comec¸am com 4 e nu´meros que comec¸am com 5. Portanto, sa˜o 1 ·10 ·10 ·10 = 1000 formas de escolher um nu´mero de 4 d´ıgitos comec¸ando com o 4. Para a contagem do segundo conjunto se aplica o mesmo racioc´ınio dando o mesmo resultado: 1000. Usando agora o Princ´ıpio da Adic¸a˜o, podemos deduzir que existem 1000 + 1000 = 2000 resultados poss´ıveis ao todo. Prof. Dr. Leandro Balby Marinho 8 / 34 UFCG CEEI Fundamentos Inclusa˜o/Exclusa˜o Princ´ıpio da Casa dos Pombos Permutac¸o˜es Combinac¸o˜es Combinando os Princ´ıpios Fundamentais da Contagem Os princ´ıpios fundamentais da contagem podem ser combinados para a resoluc¸a˜o de problemas mais complexos. Exemplo 5: Quantos nu´meros de 4 d´ıgitos comec¸am com 4 ou com 5? Soluc¸a˜o: Podemos considerar dois conjuntos disjuntos: nu´meros que comec¸am com 4 e nu´meros que comec¸am com 5. Portanto, sa˜o 1 ·10 ·10 ·10 = 1000 formas de escolher um nu´mero de 4 d´ıgitos comec¸ando com o 4. Para a contagem do segundo conjunto se aplica o mesmo racioc´ınio dando o mesmo resultado: 1000. Usando agora o Princ´ıpio da Adic¸a˜o, podemos deduzir que existem 1000 + 1000 = 2000resultados poss´ıveis ao todo. Prof. Dr. Leandro Balby Marinho 8 / 34 UFCG CEEI Fundamentos Inclusa˜o/Exclusa˜o Princ´ıpio da Casa dos Pombos Permutac¸o˜es Combinac¸o˜es Exerc´ıcios Exerc´ıcio 4: Numa versa˜o da linguagem de programac¸a˜o BASIC o nome da varia´vel e´ uma cadeia de um ou dois caracteres alfanume´ricos. Ale´m disso, um nome de varia´vel deve comec¸ar com uma letra e deve ser diferente das 5 cadeias de dois caracteres que sa˜o reservadas pela linguagem. Quantos nomes poss´ıveis de varia´veis existem nessa versa˜o do BASIC? Exerc´ıcio 5: Cada usua´rio de um sistema possui uma senha que compreende de 6 a 8 caracteres alfanume´ricos. Cada senha deve possuir pelo menos um d´ıgito. Quantas senhas poss´ıveis existem nesse sistema? Prof. Dr. Leandro Balby Marinho 9 / 34 UFCG CEEI Fundamentos Inclusa˜o/Exclusa˜o Princ´ıpio da Casa dos Pombos Permutac¸o˜es Combinac¸o˜es Exerc´ıcios Exerc´ıcio 4: Numa versa˜o da linguagem de programac¸a˜o BASIC o nome da varia´vel e´ uma cadeia de um ou dois caracteres alfanume´ricos. Ale´m disso, um nome de varia´vel deve comec¸ar com uma letra e deve ser diferente das 5 cadeias de dois caracteres que sa˜o reservadas pela linguagem. Quantos nomes poss´ıveis de varia´veis existem nessa versa˜o do BASIC? Exerc´ıcio 5: Cada usua´rio de um sistema possui uma senha que compreende de 6 a 8 caracteres alfanume´ricos. Cada senha deve possuir pelo menos um d´ıgito. Quantas senhas poss´ıveis existem nesse sistema? Prof. Dr. Leandro Balby Marinho 9 / 34 UFCG CEEI Fundamentos Inclusa˜o/Exclusa˜o Princ´ıpio da Casa dos Pombos Permutac¸o˜es Combinac¸o˜es Roteiro 1. Princ´ıpios Fundamentais da Contagem 2. Princ´ıpio da Inclusa˜o/Exclusa˜o 3. Princ´ıpio da Casa dos Pombos 4. Permutac¸o˜es 5. Combinac¸a˜o Prof. Dr. Leandro Balby Marinho 10 / 34 UFCG CEEI Fundamentos Inclusa˜o/Exclusa˜o Princ´ıpio da Casa dos Pombos Permutac¸o˜es Combinac¸o˜es Princ´ıpio da Inclusa˜o/Exclusa˜o Princ´ıpio da Inclusa˜o/Exclusa˜o Quando contamos o nu´mero de elementos de |A ∪ B|, precisamos incluir (contar) o nu´mero de elementos em A e o nu´mero de elementos em B, mas devemos excluir (subtrair) os elementos que pertencem a A∩B para evitar conta´-los duas vezes. Portanto, |A ∪ B| = |A|+ |B| − |A ∩ B| Prof. Dr. Leandro Balby Marinho 10 / 34 UFCG CEEI Fundamentos Inclusa˜o/Exclusa˜o Princ´ıpio da Casa dos Pombos Permutac¸o˜es Combinac¸o˜es Exemplos Exemplo 6: Um vendedor oferece 2 produtos e 35 pessoas compraram. Destes, 14 compraram o produto 1 e 26 o produto 2. Quantos compraram ambos? Soluc¸a˜o: Seja A o conjunto das pessoas que escolheram o produto 1 e B o conjunto dos que escolheram o produto 2. |A ∪ B| = 35, |A| = 14, |B| = 26 Mas, |A ∩ B| = |A|+ |B| − |A ∪ B| = 14 + 26− 35 = 5 Portanto, 5 entrevistados escolheram ambos os produtos. Prof. Dr. Leandro Balby Marinho 11 / 34 UFCG CEEI Fundamentos Inclusa˜o/Exclusa˜o Princ´ıpio da Casa dos Pombos Permutac¸o˜es Combinac¸o˜es Exemplos Exemplo 6: Um vendedor oferece 2 produtos e 35 pessoas compraram. Destes, 14 compraram o produto 1 e 26 o produto 2. Quantos compraram ambos? Soluc¸a˜o: Seja A o conjunto das pessoas que escolheram o produto 1 e B o conjunto dos que escolheram o produto 2. |A ∪ B| = 35, |A| = 14, |B| = 26 Mas, |A ∩ B| = |A|+ |B| − |A ∪ B| = 14 + 26− 35 = 5 Portanto, 5 entrevistados escolheram ambos os produtos. Prof. Dr. Leandro Balby Marinho 11 / 34 UFCG CEEI Fundamentos Inclusa˜o/Exclusa˜o Princ´ıpio da Casa dos Pombos Permutac¸o˜es Combinac¸o˜es Exemplos Exemplo 6: Um vendedor oferece 2 produtos e 35 pessoas compraram. Destes, 14 compraram o produto 1 e 26 o produto 2. Quantos compraram ambos? Soluc¸a˜o: Seja A o conjunto das pessoas que escolheram o produto 1 e B o conjunto dos que escolheram o produto 2. |A ∪ B| = 35, |A| = 14, |B| = 26 Mas, |A ∩ B| = |A|+ |B| − |A ∪ B| = 14 + 26− 35 = 5 Portanto, 5 entrevistados escolheram ambos os produtos. Prof. Dr. Leandro Balby Marinho 11 / 34 UFCG CEEI Fundamentos Inclusa˜o/Exclusa˜o Princ´ıpio da Casa dos Pombos Permutac¸o˜es Combinac¸o˜es Exemplos Exemplo 6: Um vendedor oferece 2 produtos e 35 pessoas compraram. Destes, 14 compraram o produto 1 e 26 o produto 2. Quantos compraram ambos? Soluc¸a˜o: Seja A o conjunto das pessoas que escolheram o produto 1 e B o conjunto dos que escolheram o produto 2. |A ∪ B| = 35, |A| = 14, |B| = 26 Mas, |A ∩ B| = |A|+ |B| − |A ∪ B| = 14 + 26− 35 = 5 Portanto, 5 entrevistados escolheram ambos os produtos. Prof. Dr. Leandro Balby Marinho 11 / 34 UFCG CEEI Fundamentos Inclusa˜o/Exclusa˜o Princ´ıpio da Casa dos Pombos Permutac¸o˜es Combinac¸o˜es Exemplos Exemplo 6: Um vendedor oferece 2 produtos e 35 pessoas compraram. Destes, 14 compraram o produto 1 e 26 o produto 2. Quantos compraram ambos? Soluc¸a˜o: Seja A o conjunto das pessoas que escolheram o produto 1 e B o conjunto dos que escolheram o produto 2. |A ∪ B| = 35, |A| = 14, |B| = 26 Mas, |A ∩ B| = |A|+ |B| − |A ∪ B| = 14 + 26− 35 = 5 Portanto, 5 entrevistados escolheram ambos os produtos. Prof. Dr. Leandro Balby Marinho 11 / 34 UFCG CEEI Fundamentos Inclusa˜o/Exclusa˜o Princ´ıpio da Casa dos Pombos Permutac¸o˜es Combinac¸o˜es Roteiro 1. Princ´ıpios Fundamentais da Contagem 2. Princ´ıpio da Inclusa˜o/Exclusa˜o 3. Princ´ıpio da Casa dos Pombos 4. Permutac¸o˜es 5. Combinac¸a˜o Prof. Dr. Leandro Balby Marinho 12 / 34 UFCG CEEI Fundamentos Inclusa˜o/Exclusa˜o Princ´ıpio da Casa dos Pombos Permutac¸o˜es Combinac¸o˜es Definic¸a˜o Princ´ıpio da Casa dos Pombos Se k + 1 itens sa˜o postos em k caixas, enta˜o pelo menos uma caixa conte´m mais de um item. Prof. Dr. Leandro Balby Marinho 12 / 34 UFCG CEEI Fundamentos Inclusa˜o/Exclusa˜o Princ´ıpio da Casa dos Pombos Permutac¸o˜es Combinac¸o˜es Corola´rio sobre Func¸o˜es Na˜o-Injetoras O princ´ıpio da casa dos pombos pode ser usado para provar o seguinte corola´rio sobre func¸o˜es. Corola´rio 1 Uma func¸a˜o f de um conjunto com k + 1 ou mais elementos em um conjunto com k elementos na˜o e´ injetora. Prova: Pelo princ´ıpio da casa dos pombos, vemos que como o dom´ınio possui pelo menos k + 1 elementos e o codom´ınio k elementos, enta˜o vai haver pelo menos uma imagem com duas ou mais pre´-imagens. Prof. Dr. Leandro Balby Marinho 13 / 34 UFCG CEEI Fundamentos Inclusa˜o/Exclusa˜o Princ´ıpio da Casa dos Pombos Permutac¸o˜es Combinac¸o˜es Corola´rio sobre Func¸o˜es Na˜o-Injetoras O princ´ıpio da casa dos pombos pode ser usado para provar o seguinte corola´rio sobre func¸o˜es. Corola´rio 1 Uma func¸a˜o f de um conjunto com k + 1 ou mais elementos em um conjunto com k elementos na˜o e´ injetora. Prova: Pelo princ´ıpio da casa dos pombos, vemos que como o dom´ınio possui pelo menos k + 1 elementos e o codom´ınio k elementos, enta˜o vai haver pelo menos uma imagem com duas ou mais pre´-imagens. Prof. Dr. Leandro Balby Marinho 13 / 34 UFCG CEEI Fundamentos Inclusa˜o/Exclusa˜o Princ´ıpio da Casa dos Pombos Permutac¸o˜es Combinac¸o˜es Exemplos Exemplo 7: Quantas pessoas precisam estar presentes em uma sala para garantir que pelo menos duas delas tenham o primeiro nome comec¸ando com a mesma letra? Soluc¸a˜o: 27, pois pelo princ´ıpio da casa dos pombos, existiriam 27 iniciais para se colocar em 26 caixas, de modo que pelo menos uma caixa vai conter mais de uma inicial. Exerc´ıcio 6: Quantas vezes e´ preciso jogar um dado de modo a garantir que um mesmo valor aparec¸a duas vezes? Exerc´ıcio 7: Quantas pessoas sa˜o necessa´rias para garantir que pelo menos duas delas tenham aniversa´rio no mesmo dia? Prof. Dr. Leandro Balby Marinho 14 / 34 UFCG CEEI Fundamentos Inclusa˜o/Exclusa˜o Princ´ıpio da Casa dos Pombos Permutac¸o˜es Combinac¸o˜es Exemplos Exemplo 7: Quantas pessoasprecisam estar presentes em uma sala para garantir que pelo menos duas delas tenham o primeiro nome comec¸ando com a mesma letra? Soluc¸a˜o: 27, pois pelo princ´ıpio da casa dos pombos, existiriam 27 iniciais para se colocar em 26 caixas, de modo que pelo menos uma caixa vai conter mais de uma inicial. Exerc´ıcio 6: Quantas vezes e´ preciso jogar um dado de modo a garantir que um mesmo valor aparec¸a duas vezes? Exerc´ıcio 7: Quantas pessoas sa˜o necessa´rias para garantir que pelo menos duas delas tenham aniversa´rio no mesmo dia? Prof. Dr. Leandro Balby Marinho 14 / 34 UFCG CEEI Fundamentos Inclusa˜o/Exclusa˜o Princ´ıpio da Casa dos Pombos Permutac¸o˜es Combinac¸o˜es Exemplos Exemplo 7: Quantas pessoas precisam estar presentes em uma sala para garantir que pelo menos duas delas tenham o primeiro nome comec¸ando com a mesma letra? Soluc¸a˜o: 27, pois pelo princ´ıpio da casa dos pombos, existiriam 27 iniciais para se colocar em 26 caixas, de modo que pelo menos uma caixa vai conter mais de uma inicial. Exerc´ıcio 6: Quantas vezes e´ preciso jogar um dado de modo a garantir que um mesmo valor aparec¸a duas vezes? Exerc´ıcio 7: Quantas pessoas sa˜o necessa´rias para garantir que pelo menos duas delas tenham aniversa´rio no mesmo dia? Prof. Dr. Leandro Balby Marinho 14 / 34 UFCG CEEI Fundamentos Inclusa˜o/Exclusa˜o Princ´ıpio da Casa dos Pombos Permutac¸o˜es Combinac¸o˜es Exemplos Exemplo 7: Quantas pessoas precisam estar presentes em uma sala para garantir que pelo menos duas delas tenham o primeiro nome comec¸ando com a mesma letra? Soluc¸a˜o: 27, pois pelo princ´ıpio da casa dos pombos, existiriam 27 iniciais para se colocar em 26 caixas, de modo que pelo menos uma caixa vai conter mais de uma inicial. Exerc´ıcio 6: Quantas vezes e´ preciso jogar um dado de modo a garantir que um mesmo valor aparec¸a duas vezes? Exerc´ıcio 7: Quantas pessoas sa˜o necessa´rias para garantir que pelo menos duas delas tenham aniversa´rio no mesmo dia? Prof. Dr. Leandro Balby Marinho 14 / 34 UFCG CEEI Fundamentos Inclusa˜o/Exclusa˜o Princ´ıpio da Casa dos Pombos Permutac¸o˜es Combinac¸o˜es Generalizac¸a˜o do Princ´ıpio da Casa dos Pombos Princ´ıpio da Casa dos Pombos Se n itens sa˜o colocados em k caixas, enta˜o ha´ pelo menos uma caixa com dn/ke itens. Prof. Dr. Leandro Balby Marinho 15 / 34 UFCG CEEI Fundamentos Inclusa˜o/Exclusa˜o Princ´ıpio da Casa dos Pombos Permutac¸o˜es Combinac¸o˜es Exemplos Exemplo 8: Qual o nu´mero m´ınimo de alunos necessa´rio em um curso de matema´tica discreta de modo a garantir que pelo menos seis recebera˜o a mesma nota, se ha´ cinco notas poss´ıveis, {6, 7, 8, 9, 10}? Soluc¸a˜o: Devemos encontrar o menor inteiro n tal que dn/5e = 6. Esse inteiro e´ n = 5 · 5 + 1 = 26 Exerc´ıcio 8: Quantas cartas devem ser selecionadas de um baralho de 52 cartas de modo a garantir que pelo menos 3 cartas do mesmo naipe sera˜o escolhidas? Prof. Dr. Leandro Balby Marinho 16 / 34 UFCG CEEI Fundamentos Inclusa˜o/Exclusa˜o Princ´ıpio da Casa dos Pombos Permutac¸o˜es Combinac¸o˜es Exemplos Exemplo 8: Qual o nu´mero m´ınimo de alunos necessa´rio em um curso de matema´tica discreta de modo a garantir que pelo menos seis recebera˜o a mesma nota, se ha´ cinco notas poss´ıveis, {6, 7, 8, 9, 10}? Soluc¸a˜o: Devemos encontrar o menor inteiro n tal que dn/5e = 6. Esse inteiro e´ n = 5 · 5 + 1 = 26 Exerc´ıcio 8: Quantas cartas devem ser selecionadas de um baralho de 52 cartas de modo a garantir que pelo menos 3 cartas do mesmo naipe sera˜o escolhidas? Prof. Dr. Leandro Balby Marinho 16 / 34 UFCG CEEI Fundamentos Inclusa˜o/Exclusa˜o Princ´ıpio da Casa dos Pombos Permutac¸o˜es Combinac¸o˜es Exemplos Exemplo 8: Qual o nu´mero m´ınimo de alunos necessa´rio em um curso de matema´tica discreta de modo a garantir que pelo menos seis recebera˜o a mesma nota, se ha´ cinco notas poss´ıveis, {6, 7, 8, 9, 10}? Soluc¸a˜o: Devemos encontrar o menor inteiro n tal que dn/5e = 6. Esse inteiro e´ n = 5 · 5 + 1 = 26 Exerc´ıcio 8: Quantas cartas devem ser selecionadas de um baralho de 52 cartas de modo a garantir que pelo menos 3 cartas do mesmo naipe sera˜o escolhidas? Prof. Dr. Leandro Balby Marinho 16 / 34 UFCG CEEI Fundamentos Inclusa˜o/Exclusa˜o Princ´ıpio da Casa dos Pombos Permutac¸o˜es Combinac¸o˜es Roteiro 1. Princ´ıpios Fundamentais da Contagem 2. Princ´ıpio da Inclusa˜o/Exclusa˜o 3. Princ´ıpio da Casa dos Pombos 4. Permutac¸o˜es 5. Combinac¸a˜o Prof. Dr. Leandro Balby Marinho 17 / 34 UFCG CEEI Fundamentos Inclusa˜o/Exclusa˜o Princ´ıpio da Casa dos Pombos Permutac¸o˜es Combinac¸o˜es Introduc¸a˜o I Uma permutac¸a˜o de um conjunto de elementos distintos e´ um arranjo ordenado desses objetos. I Muitos problemas de contagem sa˜o resolvidos contando-se o nu´mero de permutac¸o˜es poss´ıveis de elementos em um conjunto. Prof. Dr. Leandro Balby Marinho 17 / 34 UFCG CEEI Fundamentos Inclusa˜o/Exclusa˜o Princ´ıpio da Casa dos Pombos Permutac¸o˜es Combinac¸o˜es Introduc¸a˜o I Uma permutac¸a˜o de um conjunto de elementos distintos e´ um arranjo ordenado desses objetos. I Muitos problemas de contagem sa˜o resolvidos contando-se o nu´mero de permutac¸o˜es poss´ıveis de elementos em um conjunto. Prof. Dr. Leandro Balby Marinho 17 / 34 UFCG CEEI Fundamentos Inclusa˜o/Exclusa˜o Princ´ıpio da Casa dos Pombos Permutac¸o˜es Combinac¸o˜es Exemplo 9 Em quantas formas podemos alinhar cinco estudantes de um grupo de cinco estudantes para uma foto? Em quantas formas podemos alinhar treˆs de cinco estudantes para uma foto? Soluc¸a˜o: Ha´ 5 · 4 · 3 · 2 · 1 = 120 formas de alinhar todos os cinco estudantes para uma foto. E ha´ 5 · 4 · 3 = 60 formas de selecionar treˆs estudantes de um grupo de cinco Prof. Dr. Leandro Balby Marinho 18 / 34 UFCG CEEI Fundamentos Inclusa˜o/Exclusa˜o Princ´ıpio da Casa dos Pombos Permutac¸o˜es Combinac¸o˜es Exemplo 9 Em quantas formas podemos alinhar cinco estudantes de um grupo de cinco estudantes para uma foto? Em quantas formas podemos alinhar treˆs de cinco estudantes para uma foto? Soluc¸a˜o: Ha´ 5 · 4 · 3 · 2 · 1 = 120 formas de alinhar todos os cinco estudantes para uma foto. E ha´ 5 · 4 · 3 = 60 formas de selecionar treˆs estudantes de um grupo de cinco Prof. Dr. Leandro Balby Marinho 18 / 34 UFCG CEEI Fundamentos Inclusa˜o/Exclusa˜o Princ´ıpio da Casa dos Pombos Permutac¸o˜es Combinac¸o˜es Contando Permutac¸o˜es Teorema 1 Se n e´ um inteiro positivo e r um inteiro com 0 ≤ r ≤ n, enta˜o ha´ P(n, r) = n(n − 1)(n − 2) . . . (n − r + 1) r permutac¸o˜es de r objetos entre n objetos distintos. Prova: Pelo princ´ıpio da multiplicac¸a˜o, ha´ n formas de escolher o primeiro elemento, n − 1 formas de escolher o segundo elemento, . . . ate´ exata- mente n − (r − 1) = n − r + 1 formas de escolher o r -e´simo elemento. Consequentemente ha´ n(n − 1)(n − 2) . . . (n − r + 1) permutac¸o˜es de r -elementos no conjunto. Prof. Dr. Leandro Balby Marinho 19 / 34 UFCG CEEI Fundamentos Inclusa˜o/Exclusa˜o Princ´ıpio da Casa dos Pombos Permutac¸o˜es Combinac¸o˜es Contando Permutac¸o˜es Teorema 1 Se n e´ um inteiro positivo e r um inteiro com 0 ≤ r ≤ n, enta˜o ha´ P(n, r) = n(n − 1)(n − 2) . . . (n − r + 1) r permutac¸o˜es de r objetos entre n objetos distintos. Prova: Pelo princ´ıpio da multiplicac¸a˜o, ha´ n formas de escolher o primeiro elemento, n − 1 formas de escolher o segundo elemento, . . . ate´ exata- mente n − (r − 1) = n − r + 1 formas de escolher o r -e´simo elemento. Consequentemente ha´ n(n − 1)(n − 2) . . . (n − r + 1) permutac¸o˜es de r -elementos no conjunto. Prof. Dr. Leandro Balby Marinho 19 / 34 UFCG CEEI Fundamentos Inclusa˜o/Exclusa˜o Princ´ıpio da Casa dos Pombos Permutac¸o˜es Combinac¸o˜es Contando Permutac¸o˜es Corola´rio 2 Segueto Teorema 1 que se n e r sa˜o inteiros com 0 ≤ r ≤ n, enta˜o P(n, r) = n! (n − r)! Prof. Dr. Leandro Balby Marinho 20 / 34 UFCG CEEI Fundamentos Inclusa˜o/Exclusa˜o Princ´ıpio da Casa dos Pombos Permutac¸o˜es Combinac¸o˜es Exemplos Exemplo 10: Dez atletas competem um evento ol´ımpico. Sa˜o dadas medal- has de ouro, prata e bronze. De quantas maneiras diferentes podem ser dadas as medalhas? Soluc¸a˜o: P(10, 3) = 10!/7! = 10 · 9 · 8 = 720 Exemplo 11: Um representante de vendas deve visitar seis cidades difer- entes. Ele deve iniciar sua viagem em uma determinada cidade, mas pode visitar as outras cinco em qualquer ordem que desejar. Quantas ordens poss´ıveis de visita o representante pode escolher para visitar as cidades? Soluc¸a˜o: Como a primeira cidade ja´ foi determinada, temos 5! = 120 rotas poss´ıveis Exerc´ıcio 9: Quantas permutac¸o˜es das letras ABCDEFGH conte´m a cadeia FGH? Prof. Dr. Leandro Balby Marinho 21 / 34 UFCG CEEI Fundamentos Inclusa˜o/Exclusa˜o Princ´ıpio da Casa dos Pombos Permutac¸o˜es Combinac¸o˜es Exemplos Exemplo 10: Dez atletas competem um evento ol´ımpico. Sa˜o dadas medal- has de ouro, prata e bronze. De quantas maneiras diferentes podem ser dadas as medalhas? Soluc¸a˜o: P(10, 3) = 10!/7! = 10 · 9 · 8 = 720 Exemplo 11: Um representante de vendas deve visitar seis cidades difer- entes. Ele deve iniciar sua viagem em uma determinada cidade, mas pode visitar as outras cinco em qualquer ordem que desejar. Quantas ordens poss´ıveis de visita o representante pode escolher para visitar as cidades? Soluc¸a˜o: Como a primeira cidade ja´ foi determinada, temos 5! = 120 rotas poss´ıveis Exerc´ıcio 9: Quantas permutac¸o˜es das letras ABCDEFGH conte´m a cadeia FGH? Prof. Dr. Leandro Balby Marinho 21 / 34 UFCG CEEI Fundamentos Inclusa˜o/Exclusa˜o Princ´ıpio da Casa dos Pombos Permutac¸o˜es Combinac¸o˜es Exemplos Exemplo 10: Dez atletas competem um evento ol´ımpico. Sa˜o dadas medal- has de ouro, prata e bronze. De quantas maneiras diferentes podem ser dadas as medalhas? Soluc¸a˜o: P(10, 3) = 10!/7! = 10 · 9 · 8 = 720 Exemplo 11: Um representante de vendas deve visitar seis cidades difer- entes. Ele deve iniciar sua viagem em uma determinada cidade, mas pode visitar as outras cinco em qualquer ordem que desejar. Quantas ordens poss´ıveis de visita o representante pode escolher para visitar as cidades? Soluc¸a˜o: Como a primeira cidade ja´ foi determinada, temos 5! = 120 rotas poss´ıveis Exerc´ıcio 9: Quantas permutac¸o˜es das letras ABCDEFGH conte´m a cadeia FGH? Prof. Dr. Leandro Balby Marinho 21 / 34 UFCG CEEI Fundamentos Inclusa˜o/Exclusa˜o Princ´ıpio da Casa dos Pombos Permutac¸o˜es Combinac¸o˜es Exemplos Exemplo 10: Dez atletas competem um evento ol´ımpico. Sa˜o dadas medal- has de ouro, prata e bronze. De quantas maneiras diferentes podem ser dadas as medalhas? Soluc¸a˜o: P(10, 3) = 10!/7! = 10 · 9 · 8 = 720 Exemplo 11: Um representante de vendas deve visitar seis cidades difer- entes. Ele deve iniciar sua viagem em uma determinada cidade, mas pode visitar as outras cinco em qualquer ordem que desejar. Quantas ordens poss´ıveis de visita o representante pode escolher para visitar as cidades? Soluc¸a˜o: Como a primeira cidade ja´ foi determinada, temos 5! = 120 rotas poss´ıveis Exerc´ıcio 9: Quantas permutac¸o˜es das letras ABCDEFGH conte´m a cadeia FGH? Prof. Dr. Leandro Balby Marinho 21 / 34 UFCG CEEI Fundamentos Inclusa˜o/Exclusa˜o Princ´ıpio da Casa dos Pombos Permutac¸o˜es Combinac¸o˜es Exemplos Exemplo 10: Dez atletas competem um evento ol´ımpico. Sa˜o dadas medal- has de ouro, prata e bronze. De quantas maneiras diferentes podem ser dadas as medalhas? Soluc¸a˜o: P(10, 3) = 10!/7! = 10 · 9 · 8 = 720 Exemplo 11: Um representante de vendas deve visitar seis cidades difer- entes. Ele deve iniciar sua viagem em uma determinada cidade, mas pode visitar as outras cinco em qualquer ordem que desejar. Quantas ordens poss´ıveis de visita o representante pode escolher para visitar as cidades? Soluc¸a˜o: Como a primeira cidade ja´ foi determinada, temos 5! = 120 rotas poss´ıveis Exerc´ıcio 9: Quantas permutac¸o˜es das letras ABCDEFGH conte´m a cadeia FGH? Prof. Dr. Leandro Balby Marinho 21 / 34 UFCG CEEI Fundamentos Inclusa˜o/Exclusa˜o Princ´ıpio da Casa dos Pombos Permutac¸o˜es Combinac¸o˜es Permutac¸o˜es com Repetic¸o˜es Em alguns problemas, os n objetos podem ser usados quantas vezes quis- ermos de forma que r pode ser maior que n. Teorema 3 O nu´mero de permutac¸o˜es de r objetos entre n objetos distintos com repetic¸a˜o e´ nr . Prova: Pelo princ´ıpio da multiplicac¸a˜o, ha´ n formas de escolher um el- emento do conjunto para cada uma das r posic¸o˜es na permutac¸a˜o com repetic¸a˜o, e sendo assim nr permutac¸o˜es com repetic¸a˜o sa˜o permitidas (ver Exemplo 4). Prof. Dr. Leandro Balby Marinho 22 / 34 UFCG CEEI Fundamentos Inclusa˜o/Exclusa˜o Princ´ıpio da Casa dos Pombos Permutac¸o˜es Combinac¸o˜es Exemplos Exemplo 12: Quantas cadeias de tamanho r existem no alfabeto da l´ıngua Portuguesa? Soluc¸a˜o: Pelo Teorema 3, existem 26r cadeias de de tamanho r na l´ıngua Portuguesa Exerc´ıcio 10: Quantas formas ha´ de alocar treˆs tarefas para cinco alunos, se cada aluno pode receber mais de uma tarefa? Prof. Dr. Leandro Balby Marinho 23 / 34 UFCG CEEI Fundamentos Inclusa˜o/Exclusa˜o Princ´ıpio da Casa dos Pombos Permutac¸o˜es Combinac¸o˜es Exemplos Exemplo 12: Quantas cadeias de tamanho r existem no alfabeto da l´ıngua Portuguesa? Soluc¸a˜o: Pelo Teorema 3, existem 26r cadeias de de tamanho r na l´ıngua Portuguesa Exerc´ıcio 10: Quantas formas ha´ de alocar treˆs tarefas para cinco alunos, se cada aluno pode receber mais de uma tarefa? Prof. Dr. Leandro Balby Marinho 23 / 34 UFCG CEEI Fundamentos Inclusa˜o/Exclusa˜o Princ´ıpio da Casa dos Pombos Permutac¸o˜es Combinac¸o˜es Exemplos Exemplo 12: Quantas cadeias de tamanho r existem no alfabeto da l´ıngua Portuguesa? Soluc¸a˜o: Pelo Teorema 3, existem 26r cadeias de de tamanho r na l´ıngua Portuguesa Exerc´ıcio 10: Quantas formas ha´ de alocar treˆs tarefas para cinco alunos, se cada aluno pode receber mais de uma tarefa? Prof. Dr. Leandro Balby Marinho 23 / 34 UFCG CEEI Fundamentos Inclusa˜o/Exclusa˜o Princ´ıpio da Casa dos Pombos Permutac¸o˜es Combinac¸o˜es Roteiro 1. Princ´ıpios Fundamentais da Contagem 2. Princ´ıpio da Inclusa˜o/Exclusa˜o 3. Princ´ıpio da Casa dos Pombos 4. Permutac¸o˜es 5. Combinac¸a˜o Prof. Dr. Leandro Balby Marinho 24 / 34 UFCG CEEI Fundamentos Inclusa˜o/Exclusa˜o Princ´ıpio da Casa dos Pombos Permutac¸o˜es Combinac¸o˜es Introduc¸a˜o Uma combinac¸a˜o de elementos de um conjunto e´ uma selec¸a˜o na˜o ordenada de elementos desse conjunto. O nu´mero de combinac¸o˜es de r objetos distintos escolhidos entre n objetos distintos e´ denotado por C (n, r) ou ( n r ) . Prof. Dr. Leandro Balby Marinho 24 / 34 UFCG CEEI Fundamentos Inclusa˜o/Exclusa˜o Princ´ıpio da Casa dos Pombos Permutac¸o˜es Combinac¸o˜es Exemplo 13 Quantas combinac¸o˜es de dois elementos podemos obter do conjunto P = {a, b, c , d}? Soluc¸a˜o: C (4, 2) = 6, pois ha´ seis subconjuntos de dois elementos em P, i.e., {a, b}, {a, c}, {a, d}, {b, c}, {b, d} e {c , d} . Note que P(4, 2) = C (4, 2)P(2, 2). Prof. Dr. Leandro Balby Marinho 25 / 34 UFCG CEEI Fundamentos Inclusa˜o/Exclusa˜o Princ´ıpio da Casa dos Pombos Permutac¸o˜es Combinac¸o˜es Contando Combinac¸o˜es Teorema 2 O nu´mero de combinac¸o˜es de um conjunto com n elementos, no qual n e´ um inteiro na˜o negativo e r um inteiro com 0 ≤ r ≤ n e´ C (n, r) = n! r !(n − r)! Prova: Pelo princ´ıpio da multiplicac¸a˜o, P(n, r) = C (n, r) · P(r , r). Consequentemente, C (n, r) = P(n, r) P(r , r) =n!/(n − r)! r !/(r − r)! = n! r !(n − r)! Prof. Dr. Leandro Balby Marinho 26 / 34 UFCG CEEI Fundamentos Inclusa˜o/Exclusa˜o Princ´ıpio da Casa dos Pombos Permutac¸o˜es Combinac¸o˜es Contando Combinac¸o˜es Teorema 2 O nu´mero de combinac¸o˜es de um conjunto com n elementos, no qual n e´ um inteiro na˜o negativo e r um inteiro com 0 ≤ r ≤ n e´ C (n, r) = n! r !(n − r)! Prova: Pelo princ´ıpio da multiplicac¸a˜o, P(n, r) = C (n, r) · P(r , r). Consequentemente, C (n, r) = P(n, r) P(r , r) = n!/(n − r)! r !/(r − r)! = n! r !(n − r)! Prof. Dr. Leandro Balby Marinho 26 / 34 UFCG CEEI Fundamentos Inclusa˜o/Exclusa˜o Princ´ıpio da Casa dos Pombos Permutac¸o˜es Combinac¸o˜es Contando Combinac¸o˜es Teorema 2 O nu´mero de combinac¸o˜es de um conjunto com n elementos, no qual n e´ um inteiro na˜o negativo e r um inteiro com 0 ≤ r ≤ n e´ C (n, r) = n! r !(n − r)! Prova: Pelo princ´ıpio da multiplicac¸a˜o, P(n, r) = C (n, r) · P(r , r). Consequentemente, C (n, r) = P(n, r) P(r , r) = n!/(n − r)! r !/(r − r)! = n! r !(n − r)! Prof. Dr. Leandro Balby Marinho 26 / 34 UFCG CEEI Fundamentos Inclusa˜o/Exclusa˜o Princ´ıpio da Casa dos Pombos Permutac¸o˜es Combinac¸o˜es Exerc´ıcio 11 Uma comissa˜o de 8 alunos deve ser escolhida em um grupo contendo 15 alunos do curso de matema´tica discreta (MD) e 20 do curso de teoria dos grafos (TG). a) De quantas maneiras e´ poss´ıvel selecionar 3 alunos de MD e 5 de TG? b) De quantas maneiras e´ poss´ıvel selecionar uma comissa˜o contendo exatamente 1 aluno de MD? c) De quantas maneiras e´ poss´ıvel selecionar uma comissa˜o contendo no ma´ximo 1 aluno de MD? d) De quantas maneiras e´ poss´ıvel selecionar uma comissa˜o contendo pelo menos 1 aluno de MD? Prof. Dr. Leandro Balby Marinho 27 / 34 UFCG CEEI Fundamentos Inclusa˜o/Exclusa˜o Princ´ıpio da Casa dos Pombos Permutac¸o˜es Combinac¸o˜es Combinac¸a˜o com Repetic¸a˜o Exemplo 14: Quantas formas ha´ de escolher quatro frutas de uma cesta contendo mac¸a˜s, laranjas e peˆras se a ordem na qual as frutas sa˜o escolhidas na˜o importa, e ha´ pelo menos quatro frutas de cada tipo na cesta? Soluc¸a˜o: Para solucionar esse problema listamos todas as formas de escol- her as frutas. 4 mac¸a˜s 4 laranjas 4 peˆras 3 mac¸a˜s, 1 laranja 3 mac¸a˜s, 1 peˆra 3 laranjas, 1 mac¸a˜ 3 laranjas, 1 peˆra 3 peˆras, 1 mac¸a˜ 3 peˆras, 1 laranja 2 mac¸a˜s, 2 laranjas 2 mac¸a˜s, 2 peˆras 2 laranjas, 2 peˆras 2 mac¸a˜s, 1 laranja, 1 peˆra 2 laranjas, 1 mac¸a˜, 1 peˆra 2 peˆras, 1 mac¸a˜, 1 laranja A soluc¸a˜o e´ o nu´mero de combinac¸o˜es de quatro elementos com repetic¸a˜o de um conjunto de treˆs elementos {mac¸a˜, laranja, peˆra}. Prof. Dr. Leandro Balby Marinho 28 / 34 UFCG CEEI Fundamentos Inclusa˜o/Exclusa˜o Princ´ıpio da Casa dos Pombos Permutac¸o˜es Combinac¸o˜es Combinac¸a˜o com Repetic¸a˜o Exemplo 14: Quantas formas ha´ de escolher quatro frutas de uma cesta contendo mac¸a˜s, laranjas e peˆras se a ordem na qual as frutas sa˜o escolhidas na˜o importa, e ha´ pelo menos quatro frutas de cada tipo na cesta? Soluc¸a˜o: Para solucionar esse problema listamos todas as formas de escol- her as frutas. 4 mac¸a˜s 4 laranjas 4 peˆras 3 mac¸a˜s, 1 laranja 3 mac¸a˜s, 1 peˆra 3 laranjas, 1 mac¸a˜ 3 laranjas, 1 peˆra 3 peˆras, 1 mac¸a˜ 3 peˆras, 1 laranja 2 mac¸a˜s, 2 laranjas 2 mac¸a˜s, 2 peˆras 2 laranjas, 2 peˆras 2 mac¸a˜s, 1 laranja, 1 peˆra 2 laranjas, 1 mac¸a˜, 1 peˆra 2 peˆras, 1 mac¸a˜, 1 laranja A soluc¸a˜o e´ o nu´mero de combinac¸o˜es de quatro elementos com repetic¸a˜o de um conjunto de treˆs elementos {mac¸a˜, laranja, peˆra}. Prof. Dr. Leandro Balby Marinho 28 / 34 UFCG CEEI Fundamentos Inclusa˜o/Exclusa˜o Princ´ıpio da Casa dos Pombos Permutac¸o˜es Combinac¸o˜es Combinac¸a˜o com Repetic¸a˜o Exemplo 14: Quantas formas ha´ de escolher quatro frutas de uma cesta contendo mac¸a˜s, laranjas e peˆras se a ordem na qual as frutas sa˜o escolhidas na˜o importa, e ha´ pelo menos quatro frutas de cada tipo na cesta? Soluc¸a˜o: Para solucionar esse problema listamos todas as formas de escol- her as frutas. 4 mac¸a˜s 4 laranjas 4 peˆras 3 mac¸a˜s, 1 laranja 3 mac¸a˜s, 1 peˆra 3 laranjas, 1 mac¸a˜ 3 laranjas, 1 peˆra 3 peˆras, 1 mac¸a˜ 3 peˆras, 1 laranja 2 mac¸a˜s, 2 laranjas 2 mac¸a˜s, 2 peˆras 2 laranjas, 2 peˆras 2 mac¸a˜s, 1 laranja, 1 peˆra 2 laranjas, 1 mac¸a˜, 1 peˆra 2 peˆras, 1 mac¸a˜, 1 laranja A soluc¸a˜o e´ o nu´mero de combinac¸o˜es de quatro elementos com repetic¸a˜o de um conjunto de treˆs elementos {mac¸a˜, laranja, peˆra}. Prof. Dr. Leandro Balby Marinho 28 / 34 UFCG CEEI Fundamentos Inclusa˜o/Exclusa˜o Princ´ıpio da Casa dos Pombos Permutac¸o˜es Combinac¸o˜es Combinac¸a˜o com Repetic¸a˜o Exemplo 15: Quantas formas ha´ de escolher cinco notas de uma caixa contendo notas de $1, $2, $5, $10, $20, $50 e $100? Assuma que a ordem em que as notas sa˜o escolhidas na˜o importa, as notas de cada denominac¸a˜o sa˜o indistintas e que ha´ no m´ınimo 5 notas de cada tipo. Soluc¸a˜o: Esse problema envolve contar combinac¸o˜es de 5 elementos com repetic¸a˜o em um conjunto com 7 elementos. Suponha uma caixa com um compartimento para da uma das 7 notas. Prof. Dr. Leandro Balby Marinho 29 / 34 UFCG CEEI Fundamentos Inclusa˜o/Exclusa˜o Princ´ıpio da Casa dos Pombos Permutac¸o˜es Combinac¸o˜es Combinac¸a˜o com Repetic¸a˜o Exemplo 15: Quantas formas ha´ de escolher cinco notas de uma caixa contendo notas de $1, $2, $5, $10, $20, $50 e $100? Assuma que a ordem em que as notas sa˜o escolhidas na˜o importa, as notas de cada denominac¸a˜o sa˜o indistintas e que ha´ no m´ınimo 5 notas de cada tipo. Soluc¸a˜o: Esse problema envolve contar combinac¸o˜es de 5 elementos com repetic¸a˜o em um conjunto com 7 elementos. Suponha uma caixa com um compartimento para da uma das 7 notas. Prof. Dr. Leandro Balby Marinho 29 / 34 UFCG CEEI Fundamentos Inclusa˜o/Exclusa˜o Princ´ıpio da Casa dos Pombos Permutac¸o˜es Combinac¸o˜es Exemplo 15 cont. O problema corresponde ao nu´mero de formas de arranjar 6 barras e 5 asteriscos. Nesse caso, C (11, 5) = 11! 5!6! = 462 Prof. Dr. Leandro Balby Marinho 30 / 34 UFCG CEEI Fundamentos Inclusa˜o/Exclusa˜o Princ´ıpio da Casa dos Pombos Permutac¸o˜es Combinac¸o˜es Exemplo 15 cont. O problema corresponde ao nu´mero de formas de arranjar 6 barras e 5 asteriscos. Nesse caso, C (11, 5) = 11! 5!6! = 462 Prof. Dr. Leandro Balby Marinho 30 / 34 UFCG CEEI Fundamentos Inclusa˜o/Exclusa˜o Princ´ıpio da Casa dos Pombos Permutac¸o˜es Combinac¸o˜es Combinac¸a˜o com Repetic¸a˜o Teorema 4 Ha´ C (n + r − 1, r) combinac¸o˜es com repetic¸a˜o de um conjunto com n elementos. Prova: Cada combinac¸a˜o com repetic¸a˜o de r elementos pode ser represen- tada por uma lista de n − 1 barras e r asteriscos. Enta˜o o nu´mero de tais listas e´ C (n + r − 1, r) pois cada lista corresponde a uma escolha para as r posic¸o˜es para dispor r asteriscos das n + r − 1 posic¸o˜es que conte´m r asteriscos e n − 1 barras. Prof. Dr. Leandro Balby Marinho 31 / 34 UFCG CEEI Fundamentos Inclusa˜o/Exclusa˜o Princ´ıpio da Casa dos Pombos Permutac¸o˜es Combinac¸o˜es Combinac¸a˜o com Repetic¸a˜o Teorema 4 Ha´ C (n + r − 1, r) combinac¸o˜es com repetic¸a˜o de um conjunto com n elementos. Prova: Cada combinac¸a˜o com repetic¸a˜o de r elementos pode ser represen- tada por uma lista de n − 1 barras e r asteriscos. Enta˜o o nu´mero de tais listas e´ C (n + r − 1, r) pois cada lista corresponde a uma escolha para as r posic¸o˜es para dispor r asteriscos das n + r − 1 posic¸o˜es que conte´m r asteriscos e n − 1 barras. Prof. Dr. Leandro Balby Marinho 31 / 34 UFCG CEEI Fundamentos Inclusa˜o/Exclusa˜o Princ´ıpio da Casa dos Pombos Permutac¸o˜es Combinac¸o˜es Exemplos Exemplo 16: Suponha que uma chocolateria tem4 tipos diferentes de chocolate. De quantas formas diferentes 6 chocolates podem ser escolhidos? Assuma que a ordem da escolha na˜o importa. Soluc¸a˜o: O problema e´ escolher 6 chocolates com repetic¸a˜o de um conjunto com 4 tipos diferentes de chocolate. Pelo Teorema 4 temos C (9, 6) = 9.8.7 3.2.1 = 84 Prof. Dr. Leandro Balby Marinho 32 / 34 UFCG CEEI Fundamentos Inclusa˜o/Exclusa˜o Princ´ıpio da Casa dos Pombos Permutac¸o˜es Combinac¸o˜es Exemplos Exemplo 16: Suponha que uma chocolateria tem 4 tipos diferentes de chocolate. De quantas formas diferentes 6 chocolates podem ser escolhidos? Assuma que a ordem da escolha na˜o importa. Soluc¸a˜o: O problema e´ escolher 6 chocolates com repetic¸a˜o de um conjunto com 4 tipos diferentes de chocolate. Pelo Teorema 4 temos C (9, 6) = 9.8.7 3.2.1 = 84 Prof. Dr. Leandro Balby Marinho 32 / 34 UFCG CEEI Fundamentos Inclusa˜o/Exclusa˜o Princ´ıpio da Casa dos Pombos Permutac¸o˜es Combinac¸o˜es Exemplos Exemplo 16: Suponha que uma chocolateria tem 4 tipos diferentes de chocolate. De quantas formas diferentes 6 chocolates podem ser escolhidos? Assuma que a ordem da escolha na˜o importa. Soluc¸a˜o: O problema e´ escolher 6 chocolates com repetic¸a˜o de um conjunto com 4 tipos diferentes de chocolate. Pelo Teorema 4 temos C (9, 6) = 9.8.7 3.2.1 = 84 Prof. Dr. Leandro Balby Marinho 32 / 34 UFCG CEEI Fundamentos Inclusa˜o/Exclusa˜o Princ´ıpio da Casa dos Pombos Permutac¸o˜es Combinac¸o˜es Resumo Tipo Repetic¸a˜o Fo´rmula r -permutac¸o˜es Na˜o n! (n − r)! r -combinac¸o˜es Na˜o n! r !(n − r)! r -permutac¸o˜es Sim nr r -combinac¸o˜es Sim (n + r − 1)! r !(n − 1)! Prof. Dr. Leandro Balby Marinho 33 / 34 UFCG CEEI Fundamentos Inclusa˜o/Exclusa˜o Princ´ıpio da Casa dos Pombos Permutac¸o˜es Combinac¸o˜es Refereˆncias Keneth H. Rosen. Discrete Mathematics and Its Applications. Sexta Edic¸a˜o. McGRAW-HILL International Edition, 2007. Judith L. Gersting. Fundamentos Matema´ticos para a Cieˆncia da Computac¸a˜o. Quinta Edic¸a˜o. LTC, 2004. Prof. Dr. Leandro Balby Marinho 34 / 34 UFCG CEEI 1. Princípios Fundamentais da Contagem 2. Princípio da Inclusão/Exclusão 3. Princípio da Casa dos Pombos 4. Permutações 5. Combinação
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