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37 RA CI O CÍ N IO L Ó G IC O Como são 3 casos para cada bermuda, temos um to- tal de 6 possibilidades. Até este ponto, o leitor acha que contagem é fácil, mas agora, vamos “complicar” um pouco. Imagine que agora você tenha 5 camisetas diferentes, 3 bermudas diferentes, além de 3 tênis diferentes, quan- tas maneiras distintas você poderá se vestir? É possível resolver este problema com o procedimen- to anterior mas levará um bom tempo para contar todas as soluções. Mas, se nós queremos apenas a quantidade total, sem a necessidade de lista-las, será que não tem um meio mais fácil? A resposta é sim e você verá a seguir. PRINCÍPIO MULTIPLICATIVO O princípio fundamental da contagem permite quan- tificar situações ou casos de uma determinada situação ou evento. Em outras palavras, é uma maneira sistemáti- ca de “contar” a quantidade de “coisas”. A base deste princípio se dá pela separação de ca- sos e quantificação dos mesmos. Após isso, uma mul- tiplicação de todos estes números é feita para achar a quantidade total de possibilidades. O exemplo a seguir irá ilustrar isso. “ João foi almoçar em um restaurante no centro da cidade, ao chegar no local, percebeu que oferecem 3 ti- pos de saladas, 2 tipos de carne, 6 bebidas diferentes e 5 sobremesas diferentes. De quantas maneiras distintas ele pode fazer um pedido, pegando apenas 1 tipo de cada alimento? ” Resolução: O princípio da contagem depende forte- mente de uma organização do problema. A sugestão é sempre organizar cada caso em traços e preenchendo a quantidade de possibilidades. Como temos 4 casos dis- tintos (salada, carne, bebida e sobremesa), iremos fazer 4 traços: Agora, preencheremos a quantidade de possibilida- des de cada caso: Finalmente, multiplicamos os números: Assim, João tem 180 possibilidades diferentes de se montar um prato. Agora que aprendeu o princípio multiplicativo, você consegue resolver o exemplo das camisetas, bermudas e tênis da seção anterior? Se temos 5 camisetas, 3 bermudas e 3 tênis distintos, a quantidade de jeitos de se vestir será 5𝑥3𝑥3 = 45 . Os problemas de princípio multiplicativo são simples quando os grupos são fáceis de se identificar e se retira apenas 1 elemento de cada grupo. Agora, vamos apro- fundar um pouco mais, considerando que podemos tirar mais de um elemento por grupo. Veja o exemplo do res- taurante novamente, mas com uma pergunta diferente: “João foi almoçar em um restaurante no centro da cidade, ao chegar no local, percebeu que oferecem 3 ti- pos de saladas, 2 tipos de carne, 6 bebidas diferentes e 5 sobremesas diferentes. De quantas maneiras distintas ele pode fazer um pedido, pegando 1 salada, 1 carne, 1 bebida e 2 sobremesas diferentes? ” Resolução: Agora, a montagem do problema ganha uma atenção especial pois não iremos retirar apenas 1 elemento do grupo sobremesa, e sim 2. Neste caso, a montagem fica desta maneira: Temos que adicionar uma linha, referente a segunda sobremesa e diferenciar da primeira, já que o enunciado fala que são sobremesas diferentes. Em relação aos valo- res a serem colocados, os grupos salada, carne e bebida seguem a mesma linha do exercício anterior, tirando 1 elemento de cada, logo: Para a primeira sobremesa, temos a 5 disponíveis, logo: 38 RA CI O CÍ N IO L Ó G IC O Já para a segunda sobremesa, devemos ficar atentos ao enunciado pois ele trata as mesmas como diferentes, ou seja, a que foi retirada anteriormente não pode entrar na contagem, assim, ao invés de 5 possibilidades, a se- gunda sobremesa terá 4, logo: Com tudo organizado, basta aplicar o princípio mul- tiplicativo: Ou seja, 720 maneiras de se montar um prato. Outra variação dos problemas de princípio multipli- cativo são os que possuem alguma restrição, ou seja, al- guns casos devem ser descartados por não atenderem algum critério dado no enunciado. Veja o exemplo: “Uma empresa de propaganda pretende criar panfle- tos coloridos para divulgar certo produto. O papel pode ser laranja, azul, preto, amarelo, vermelho ou roxo, en- quanto o texto é escrito no panfleto em preto, vermelho ou branco. De quantos modos distintos é possível esco- lher uma cor para o fundo e uma cor para o texto se, por uma questão de contraste, as cores do fundo e do texto não podem ser iguais? ” Resolução: O problema parece seguir o mesmo pa- drão do princípio multiplicativo, onde se separa os gru- pos e faz a multiplicação. Porém temos uma restrição onde não podemos ter papel e letra do texto iguais. Para resolver este problema a estratégia é simples: Calcula- -se o total de casos, sem restrições, depois quantifica a quantidade de casos que não podem ser contabilizados e realiza-se a subtração. Veja como fica: Sem restrições, temos 18 possibilidades. Olhando as cores dos papéis e dos textos, percebe-se que não se pode escolher o papel preto com o texto preto e o papel vermelho e o texto vermelho, o que totaliza 2 restrições. Logo, o número de casos possíveis será o total subtraído das restrições: 18-2=16. FATORIAL Antes de definirmos casos particulares de contagem, iremos definir uma operação matemática que será uti- lizada nas próximas seções: o fatorial. Define-se o sinal de fatorial pelo ponto de exclamação, ou seja, “!“. Assim, quando encontrarmos 2! Significa que estaremos calcu- lando o “fatorial de 2” ou “2 fatorial”. A definição de fato- rial está apresentada a seguir: n! = n ⋅ n − 1 ⋅ n − 2 ⋅ n − 3 … 3 ⋅ 2 ⋅ 1 Ou seja, o fatorial de um número é caracterizado pelo produto deste número e seus antecessores, até se chegar ao número 1. Vejam os exemplos abaixo: 3! = 3 ⋅ 2 ⋅ 1 = 6 5! = 5 ⋅ 4 ⋅ 3 ⋅ 2 ⋅ 1 = 120 Assim, basta ir multiplicando os números até se che- gar ao número 1. Observe que os fatoriais aumentam muito rápido, veja quanto é 10!: 10! = 10 ⋅ 9 ⋅ 8 ⋅ 7 ⋅ 6 ⋅ 5 ⋅ 4 ⋅ 3 ⋅ 2 ⋅ 1 = 3628800 Já estamos na casa dos milhões! Para não trabalhar- mos com valores tão altos, as operações com fatoriais são normalmente feitas por último, procurando fazer o maior número de simplificações possíveis. Observe este exemplo: Calcule 10! 7! = 10 ⋅ 9 ⋅ 8 ⋅ 7 ⋅ 6 ⋅ 5 ⋅ 4 ⋅ 3 ⋅ 2 ⋅ 1 7 ⋅ 6 ⋅ 5 ⋅ 4 ⋅ 3 ⋅ 2 ⋅ 1 Resolução: Ao invés de calcular os valores de 7! e 10! separadamente e depois fazer a divisão, o que levaria muito tempo, nós simplificamos os fatoriais primeiro. Pela definição de fatorial, temos o seguinte: 10! 7! = 10 ⋅ 9 ⋅ 8 ⋅ 7 ⋅ 6 ⋅ 5 ⋅ 4 ⋅ 3 ⋅ 2 ⋅ 1 7 ⋅ 6 ⋅ 5 ⋅ 4 ⋅ 3 ⋅ 2 ⋅ 1 Observe que o denominador pode ser inteiramente cancelado, pois 10! Possui todos os termos de 7!. Essa é uma particularidade interessante e facilitará demais a simplificação. Se cancelarmos, restará apenas um produ- to de 3 termos: 10! 7! = 10 ⋅ 9 ⋅ 8 ⋅ 7 ⋅ 6 ⋅ 5 ⋅ 4 ⋅ 3 ⋅ 2 ⋅ 1 7 ⋅ 6 ⋅ 5 ⋅ 4 ⋅ 3 ⋅ 2 ⋅ 1 = 10 ⋅ 9 ⋅ 8 = 720 Essa operação é muito mais fácil que calcular os fato- riais desde o começo! Para casos onde temos mais de um fatorial no deno- minador, a estratégia é mesma e a dica é simplificar o fatorial do numerador com o maior fatorial que temos no denominador. Veja o exemplo: Calcule 8! 5! 3! = 8 ⋅ 7 ⋅ 6 ⋅ 5 ⋅ 4 ⋅ 3 ⋅ 2 ⋅ 1 5 ⋅ 4 ⋅ 3 ⋅ 2 ⋅ 1 ⋅ 3! Vamos abrir os fatoriais de 8 e 5: 8! 5! 3! = 8 ⋅ 7 ⋅ 6 ⋅ 5 ⋅ 4 ⋅ 3 ⋅ 2 ⋅ 1 5 ⋅ 4 ⋅ 3 ⋅ 2 ⋅ 1 ⋅ 3! Simplificamos os termos comuns e ficamos com: 8! 5! 3! = 8 ⋅ 7 ⋅ 6 3! = 8 ⋅ 7 ⋅ 6 3 ⋅ 2 ⋅ 1 = 8 ⋅ 7 = 56 Essa estratégia será muito utilizada quando abordar- mos as seções seguintes, que envolvem fatorial em suas operações. 39 RA CI O CÍ N IO L Ó G IC O PERMUTAÇÃO Permutação sem repetições de elementos As permutações são definidas como situações onde o número de elementos é igual ao número de posições em que podemos posicioná-los. Considere o exemplo onde temos 5 pessoas e 5 cadeiras alinhadas. Queremos saber de quantas maneiras diferentes podemos posicionar es- sas pessoas. Esquematizando o problema, chamando de P as pessoas e C as cadeiras: Em problemas onde o número de elementos é igual ao número de posições, sempre teremos uma permuta- ção.A fórmula da permutação, considerando que não há repetição de elementos é a seguinte: Pn = n! Ou seja, para permutar 5 elementos em 5 posições, basta eu calcular o fatorial de 5: P5 = 5! = 120 Logo, eu posso posicionar as pessoas de 120 manei- ras diferentes na fileira de cadeiras. Observe que a fórmula geral da permutação é utiliza- da quando não há repetição de elementos, mas e quan- do temos elementos repetidos? A seção seguinte tratará disso. Permutações com repetição de elementos A fórmula da permutação com repetição terá uma complementação, para desconsiderar casos repetidos que serão contados 2 ou mais vezes se utilizarmos a fór- mula sem repetição. O exemplo mais comum destes casos é o que chama- mos de Anagramas. Os anagramas são permutações das letras de uma palavra, formando novas palavras, sem a necessidade de terem sentido ou não. Usando primeira- mente um exemplo sem repetição, veja quantos anagra- mas podemos formar com o nome BRUNO: Montando a esquematização: Ou seja, temos que posicionar as letras nas 5 casas correspondentes e neste caso, é um problema de permu- tação sem repetição como já foi visto: P5 = 5! = 120 Logo, podemos formar 120 anagramas com a pala- vra BRUNO. Agora, vamos olhar o mesmo problema, mas com a palavra MARIANA. Ela possui 7 letras, logo tere- mos 7 posições: Entretanto, temos a repetição da letra A. Veja o que acontece quando montarmos um anagrama qualquer da palavra: Não conseguimos saber qual letra “A” foi utilizada nas posições C1,C3 e C5. Se trocarmos as mesmas de posição entre si, ficaremos com os mesmos anagramas, caracte- rizando uma repetição. Assim, para saber a quantidade de anagramas com repetição, corrigiremos a fórmula da permutação da seguinte forma: Pna = n! a! Ou seja, calcula-se a permutação de “n” elementos com “a” repetições. Considerando que MARIANA tem 7 letras (n=7) e a letra “A” se repete 3 vezes, temos que: P73 = 7! 3! = 7 ⋅ 6 ⋅ 5 ⋅ 4 ⋅ 3 ⋅ 2 ⋅ 1 3 ⋅ 2 ⋅ 1 = 7 ⋅ 6 ⋅ 5 ⋅ 4 = 840 Assim, a palavra MARIANA tem 840 anagramas pos- síveis. Outro exemplo para deixar este conceito bem claro, é quando temos dois elementos se repetindo. Por exem- plo, vamos calcular os anagramas da palavra TALITA: Observe que a letra “T” repete 2 vezes e a letra “A” também repete duas vezes. Na fórmula da permutação com repetição, faremos duas divisões: Pn a,b = n! a! b! Ou seja, se houver 2 ou mais elementos se repetindo, a correção é feita dividindo pelas repetições de cada um. Como ambos repetem duas vezes: P6 2,2 = 6! 2! 2! = 6.5.4.3.2.1 2.1 .2.1 = 6.5.4.3 2.1 = 360 2 = 180 Assim, a palavra TALITA tem 180 anagramas. Esse mesmo tipo de problema pode ser feito com nú- meros e segue o mesmo princípio. PERMUTAÇÃO CIRCULAR A permutação circular é um caso bem especifico e normalmente suas questões são diferenciais entre os candidatos em concursos públicos. Para entender melhor