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Exercícios resolvidos de Análise Combinatória

Conte possibilidades sem listar caso a caso, usando princípios, permutações, arranjos e combinações. Resolva no papel antes de abrir o gabarito e compare seu raciocínio com a resolução comentada.

DO CONCEITO À APLICAÇÃO

O que observar ao estudar

Objetivo: Decidir se a ordem dos elementos altera o resultado antes de escolher uma fórmula.

Antes de começar: Princípio multiplicativo e contagem sem repetição.

Uma situação para resolver

Entre seis estudantes, serão escolhidos dois representantes com a mesma função. Quantas duplas diferentes são possíveis?

  1. Se escolhemos uma pessoa e depois outra, existem 6⋅5=306\cdot 5=30 escolhas ordenadas.
  2. Cada dupla foi contada duas vezes: Ana–Bruno e Bruno–Ana representam o mesmo grupo.
  3. Divida por dois: 302=15\frac{30}{2}=15 duplas. Se as funções fossem diferentes, essa divisão não seria feita.

Conclusão: 15 duplas diferentes.

Princípios de contagem

Questão 1

Fácil

Uma senha possui uma letra entre A,B,C e um algarismo entre 1,2,3,4. Quantas senhas existem?

  1. 7
  2. 12
  3. 16
  4. 24
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Resposta: 12

Pelo princípio multiplicativo, 3⋅4=123\cdot 4=12.

Questão 2

Médio

Uma viagem pode ser feita por 4 rotas terrestres ou 3 rotas aéreas. Quantas opções mutuamente exclusivas existem?

  1. 7
  2. 12
  3. 24
  4. 64
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Resposta: 7

Pelo princípio aditivo, 4+3=74+3=7.

Questão 3

Difícil

Uma placa tem 3 letras distintas seguidas de 2 algarismos distintos. Quantas placas são possíveis usando 26 letras e 10 algarismos?

  1. 140.400
  2. 468.000
  3. 1.404.000
  4. 1.757.600
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Resposta: 1.404.000

Há 26·25·24 escolhas para letras e 10·9 para algarismos: o produto é 1.404.000.

Questão 4

Médio

Uma equipe dispõe de 4 rotas de ida e 3 rotas de volta, e qualquer rota de ida pode ser combinada com qualquer rota de volta. Quantos planos de viagem existem?

  1. 7
  2. 12
  3. 16
  4. 24
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Resposta: 12

As escolhas são sucessivas e independentes: 4 possibilidades de ida vezes 3 de volta, total 12.

Fatorial e permutações

Questão 1

Fácil

Quantos anagramas distintos possui a palavra SOL?

  1. 3
  2. 6
  3. 9
  4. 12
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Resposta: 6

As três letras são distintas: 3!=6.

Questão 2

Médio

Quantas filas de 7 pessoas mantêm Ana e Beto juntos?

  1. 720
  2. 1.440
  3. 2.520
  4. 5.040
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Resposta: 1.440

Trate o par como bloco: 6! ordens das unidades e 2 ordens internas, total 2·6!=1.440.

Questão 3

Médio

Seis protótipos distintos serão alinhados em uma vitrine, mas os dois premiados devem ocupar as extremidades. Quantas organizações são possíveis?

  1. 24
  2. 48
  3. 120
  4. 240
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Resposta: 48

Os premiados podem trocar de extremidade de 2 maneiras, e os quatro restantes ocupam o meio em 4! maneiras. Total: 2⋅24=482\cdot 24=48.

Permutações especiais

Questão 1

Difícil

Quantos anagramas distintos possui a palavra ARARA?

  1. 10
  2. 20
  3. 30
  4. 120
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Resposta: 10

São 5!/(3!2!)=10(3!2!)=10, pois A repete 3 vezes e R, 2.

Questão 2

Médio

Um painel usa 5 peças em linha: 2 azuis idênticas, 2 verdes idênticas e 1 amarela. Quantos padrões distintos podem ser montados?

  1. 20
  2. 30
  3. 60
  4. 120
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Resposta: 30

Partimos de 5! ordens e dividimos por 2! para cada par de cores repetidas: 5!/(2!2!)=30(2!2!)=30.

Questão 3

Difícil

Oito representantes se sentam em uma mesa redonda sem lugares numerados. Considerando iguais as disposições obtidas apenas por rotação, quantas organizações existem?

  1. 720
  2. 2.520
  3. 5.040
  4. 40.320
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Resposta: 5.040

Fixamos uma pessoa como referência e permutamos as outras sete: (8-1)!=7!=5.040.

Arranjos

Questão 1

Médio

De oito finalistas, quantos pódios ordenados de três posições podem ser formados?

  1. 56
  2. 112
  3. 336
  4. 512
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Resposta: 336

A(8,3)=8⋅7⋅6=336A(8{,}3)=8\cdot 7\cdot 6=336.

Questão 2

Difícil

De 10 estudantes, serão escolhidos presidente, vice e secretário. Se Lia não pode ser presidente, quantas escolhas existem?

  1. 504
  2. 576
  3. 648
  4. 720
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Resposta: 648

Há 9 escolhas para presidente, 9 restantes para vice e 8 para secretário: 9⋅9⋅8=6489\cdot 9\cdot 8=648.

Questão 3

Fácil

Entre 8 candidatos serão escolhidos coordenador, relator e tesoureiro. De quantas formas os três cargos distintos podem ser preenchidos?

  1. 56
  2. 112
  3. 336
  4. 512
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Resposta: 336

A ordem dos escolhidos importa porque os cargos são diferentes: A(8,3)=8⋅7⋅6=336A(8{,}3)=8\cdot 7\cdot 6=336.

Combinações

Questão 1

Fácil

Quantas comissões de 3 pessoas podem ser escolhidas entre 7?

  1. 21
  2. 35
  3. 105
  4. 210
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Resposta: 35

C(7,3)=7C(7{,}3)=7!/(3!4!)=35(3!4!)=35.

Questão 2

Difícil

Uma comissão de 4 deve ser escolhida entre 6 mulheres e 5 homens, com exatamente 2 de cada grupo. Quantas comissões existem?

  1. 75
  2. 100
  3. 150
  4. 225
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Resposta: 150

C(6,2)⋅C(5,2)=15⋅10=150C(6{,}2)\cdot C(5{,}2)=15\cdot 10=150.

Questão 3

Médio

Quantas diagonais possui um decágono?

  1. 20
  2. 30
  3. 35
  4. 45
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Resposta: 35

Escolhemos dois vértices e retiramos os 10 lados: C(10,2)−10=45−10=35C(10{,}2)-10=45-10=35.

Questão 4

Médio

Uma ONG selecionará 4 voluntários entre 12 inscritos para uma força-tarefa sem cargos internos. Quantas equipes são possíveis?

  1. 220
  2. 330
  3. 495
  4. 11.880
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Resposta: 495

A ordem não altera a equipe: C(12,4)=12⋅11⋅10⋅94⋅3⋅2⋅1=495C(12{,}4)=12\cdot 11\cdot 10\cdot \frac{9}{4\cdot 3\cdot 2\cdot 1}=495.

Binômio de Newton

Questão 1

Médio

Qual é o termo constante de (x+2)4(x+2)^{4}?

  1. 2
  2. 8
  3. 16
  4. 32
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Resposta: 16

O termo constante ocorre ao escolher 2 nos quatro fatores: 24=162^{4}=16.

Questão 2

Difícil

Qual é o coeficiente de x4x^{4} em (1+2x)6(1+2x)^{6}?

  1. 60
  2. 120
  3. 240
  4. 960
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Resposta: 240

O coeficiente é C(6,4)⋅24=15⋅16=240C(6{,}4)\cdot 2^{4}=15\cdot 16=240.

Questão 3

Médio

Em um controle de 8 posições, de quantas formas exatamente 3 posições podem ser marcadas como prioritárias? Esse número é o coeficiente de x3x^{3} em (1+x)8(1+x)^{8}.

  1. 28
  2. 56
  3. 70
  4. 336
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Resposta: 56

Escolhemos 3 das 8 posições: C(8,3)=56C(8{,}3)=56, que é o coeficiente binomial correspondente.

Estratégias e árvores

Questão 1

Fácil

Uma árvore possui 2 ramos no primeiro nível e, a partir de cada um, 3 ramos no segundo. Quantas folhas há?

  1. 5
  2. 6
  3. 8
  4. 9
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Resposta: 6

Cada um dos 2 primeiros ramos gera 3 folhas: 2⋅3=62\cdot 3=6.

Questão 2

Médio

Ao listar pares ordenados (a,b) com a∈{1,2,3}a\in \{1{,}2,3\} e b∈{1,2,3}b\in \{1{,}2,3\}, sob a condição a<ba<b, quantos pares surgem?

  1. 2
  2. 3
  3. 6
  4. 9
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Resposta: 3

Os pares válidos são (1,2), (1,3) e (2,3).

Questão 3

Fácil

Um aplicativo de refeições oferece 3 bases e, para cada base, 2 proteínas. Se uma árvore registra uma escolha em cada nível, quantas folhas ela terá?

  1. 5
  2. 6
  3. 8
  4. 9
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Resposta: 6

Cada caminho escolhe uma base e uma proteína. Há 3⋅2=63\cdot 2=6 caminhos completos, portanto 6 folhas.

Restrições e complementar

Questão 1

Fácil

Quantos números de três algarismos possuem pelo menos um algarismo 7?

  1. 171
  2. 243
  3. 252
  4. 271
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Resposta: 252

Há 900 números de três algarismos. Sem 7: 8 escolhas não nulas na centena e 9 em cada outra posição, total 648. Logo, 900−648=252900-648=252.

Questão 2

Difícil

Quantas sequências binárias de comprimento 6 não possuem dois algarismos 1 consecutivos?

  1. 13
  2. 18
  3. 21
  4. 32
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Resposta: 21

A contagem satisfaz a recorrência Fₙ=Fₙ₋₁+Fₙ₋₂, com valores 2,3,5,8,13,21 para comprimentos 1 a 6.

Questão 3

Médio

Um PIN de 4 algarismos pode começar com zero e admite repetição. Quantos PINs contêm ao menos um zero?

  1. 1.000
  2. 3.439
  3. 6.561
  4. 9.000
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Resposta: 3.439

Há 10410^{4} PINs no total e 949^{4} sem nenhum zero. Pelo complementar, 10.000−6.561=3-6.561=3.439.

Inclusão-exclusão

Questão 1

Fácil

Em um grupo, 22 pessoas gostam de música, 17 de cinema e 9 de ambos. Quantas gostam de ao menos uma atividade?

  1. 30
  2. 31
  3. 39
  4. 48
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Resposta: 30

Pela inclusão-exclusão, 22+17−9=3022+17-9=30.

Questão 2

Difícil

Quantos inteiros de 1 a 200 são divisíveis por 3 ou 5?

  1. 80
  2. 93
  3. 106
  4. 120
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Resposta: 93

Há 66 múltiplos de 3, 40 de 5 e 13 de 15. Logo, 66+40−13=9366+40-13=93.

Questão 3

Fácil

Em uma pesquisa, 120 pessoas usam o recurso A, 80 usam o recurso B e 45 usam ambos. Quantas usam ao menos um dos recursos?

  1. 155
  2. 165
  3. 200
  4. 245
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Resposta: 155

Somamos os dois grupos e retiramos a interseção contada duas vezes: 120+80−45=155-45=155.

Combinações com repetição

Questão 1

Fácil

Quantas soluções inteiras não negativas possui x+y=7x+y=7?

  1. 7
  2. 8
  3. 14
  4. 28
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Resposta: 8

x pode assumir os valores de 0 a 7, determinando y; são 8 soluções. Também C(8,1)=8C(8{,}1)=8.

Questão 2

Difícil

Quantas soluções inteiras positivas possui x1+x2+x3+x4=12x_{1}+x_{2}+x_{3}+x_{4}=12?

  1. 84
  2. 120
  3. 165
  4. 455
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Resposta: 165

Retire 1 de cada variável e distribua 8 unidades não negativas: C(8+4−1,4−1)=C(11,3)=165C(8+4-1{,}4-1)=C(11{,}3)=165.

Questão 3

Médio

Oito caixas idênticas serão distribuídas entre 3 depósitos distintos, permitindo depósitos vazios. Quantas distribuições existem?

  1. 28
  2. 36
  3. 45
  4. 56
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Resposta: 45

Modelamos x1+x2+x3=8x_{1}+x_{2}+x_{3}=8 com termos não negativos. Por estrelas e barras, C(10,2)=45C(10{,}2)=45.

Princípio das gavetas

Questão 1

Fácil

Qual é o menor número de pessoas que garante duas com o mesmo mês de nascimento?

  1. 12
  2. 13
  3. 24
  4. 25
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Resposta: 13

Com 12 pessoas ainda seria possível uma em cada mês; a 13ª força uma repetição.

Questão 2

Médio

Entre 31 inteiros, quantos no mínimo possuem o mesmo resto na divisão por 6?

  1. 5
  2. 6
  3. 7
  4. 31
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Resposta: 6

Há 6 restos possíveis. Pelo princípio das gavetas, alguma classe contém ao menos ⌈316\frac{31}{6}⌉=6 inteiros.

Questão 3

Médio

Quarenta e uma amostras são classificadas em 8 faixas de temperatura. Quantas amostras, no mínimo, alguma faixa deverá conter?

  1. 5
  2. 6
  3. 7
  4. 8
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Resposta: 6

Pelo princípio das gavetas, alguma faixa contém pelo menos teto(418)=6(\frac{41}{8})=6 amostras.

Caminhos e recorrências

Questão 1

Fácil

Um entregador percorre uma malha usando 4 passos para leste e 3 para norte, sem recuar. Quantas rotas mínimas existem?

  1. 21
  2. 28
  3. 35
  4. 49
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Resposta: 35

Uma rota é uma sequência de 7 passos; escolhemos as 3 posições dos passos ao norte: C(7,3)=35C(7{,}3)=35.

Questão 2

Difícil

Na rota do exercício anterior, o cruzamento atingido após 2 passos a leste e 1 ao norte está bloqueado. Quantas das 35 rotas mínimas continuam disponíveis?

  1. 17
  2. 18
  3. 24
  4. 29
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Resposta: 17

Passam pelo bloqueio C(3,1)⋅C(4,2)=3⋅6=18C(3{,}1)\cdot C(4{,}2)=3\cdot 6=18 rotas. Restam 35−18=17-18=17.

Contagem e probabilidade

Questão 1

Médio

Uma dupla é sorteada entre 5 mulheres e 4 homens. Qual é a probabilidade de a dupla ter uma pessoa de cada grupo?

  1. 49\frac{4}{9}
  2. 59\frac{5}{9}
  3. 23\frac{2}{3}
  4. 58\frac{5}{8}
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Resposta: 59\frac{5}{9}

Há C(9,2)=36C(9{,}2)=36 duplas e 5⋅4=205\cdot 4=20 favoráveis. A probabilidade é 2036=59\frac{20}{36}=\frac{5}{9}.

Questão 2

Difícil

Três nomes são sorteados entre 8, dos quais 4 pertencem a um mesmo projeto. Qual é a probabilidade de os três sorteados serem desse projeto?

  1. 17\frac{1}{7}
  2. 114\frac{1}{14}
  3. 314\frac{3}{14}
  4. 128\frac{1}{28}
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Resposta: 114\frac{1}{14}

Há C(8,3)=56C(8{,}3)=56 trios e C(4,3)=4C(4{,}3)=4 favoráveis. Logo, 456=114\frac{4}{56}=\frac{1}{14}.

Para aprofundar os conceitos e consultar as referências, abra a apostila de Análise Combinatória. As classificações de dificuldade são orientativas, não uma avaliação individual do aluno.