Retém a instrução e não a largues. guarda-a, porque ela é a tua vida. (Pv. 4:13)

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9 de maio de 2011

PRINCÍPIO FUNDAMENTAL DA CONTAGEM E FATORIAL


Princípio Fundamental da Contagem 

Quando um evento é composto por n etapas sucessivas e independentes, de tal forma que as possibilidades da primeira etapa é m e as possibilidades da segunda etapa é n, consideramos então que o número total de possibilidades de o evento ocorrer é dado pelo produto m*n. 

Exemplo 1 

Ao lançarmos uma moeda e um dado temos as seguintes possibilidades: 

Moeda: cara ou coroa (duas possibilidades) 
Dado: 1, 2, 3, 4, 5, 6 (seis possibilidades) 

Observando o ocorrido, vemos que o evento tem duas etapas com 2 possibilidades em uma e 6 em outra, totalizando 2*6 = 12 possibilidades. 

Exemplo 2 

Quantos números de 3 algarismos podemos escrever com os algarismos 2, 4 e 6? E de algarismos distintos? 

Podemos escrever 3 * 3 * 3 = 27 números de 3 algarismos. 

Três algarismos distintos: 3 * 2 * 1 = 6 números de 3 algarismos distintos.



O princípio fundamental da contagem nos diz que sempre devemos multiplicar os números de opções entre as escolhas que podemos fazer.


 Por exemplo, para montar um computador, temos 3 diferentes tipos de monitores, 4 tipos de teclados, 2 tipos de impressora e 3 tipos de “CPU”. Para saber o numero de diferentes possibilidades de computadores que podem ser montados com essas peças, somente multiplicamos as opções:
3 x 4 x 2 x 3 = 72
Então, têm-se 72 possibilidades de configurações diferentes.

Um problema que ocorre é quando aparece a palavra “ou”, como na questão:
Quantos pratos diferentes podem ser solicitados por um cliente de restaurante, tendo disponível 3 tipos de arroz, 2 de feijão, 3 de macarrão, 2 tipos de cervejas e 3 tipos de refrigerante, sendo que o cliente não pode pedir cerveja e refrigerante ao mesmo tempo, e que ele obrigatóriamente tenha de escolher uma opção de cada alimento?
A resolução é simples: 3 x 2 x 3 = 18 , somente pela comida. Como o cliente não pode pedir cerveja e refrigerantes juntos, não podemos multiplicar as opções de refrigerante pelas opções de cerveja. O que devemos fazer aqui é apenas somar essas possibilidades:
(3 x 2 x 3) x (2 + 3) = 90
Resposta para o problema: existem 90 possibilidades de pratos que podem ser montados com as comidas e bebidas disponíveis.

Outro exemplo:
No sistema brasileiro de placas de carro, cada placa é formada por três letras e quatro algarismos. Quantas placas onde o número formado pelos algarismos seja par, podem ser formadas?
Primeiro, temos de saber que existem 26 letras. Segundo, para que o numero formado seja par, teremos de limitar o ultimo algarismo à um numero par. Depois, basta multiplicar.
26 x 26 x 26 = 17.576 -> parte das letras
10 x 10 x 10 x 5 = 5.000 -> parte dos algarismos, note que na última casa temos apenas 5 possibilidades, pois queremos um número par (0 , 2 , 4 , 6 , 8).
Agora é só multiplicar as partes: 17.576 x 5.000 = 87.880.000
Resposta para a questão: existem 87.880.000 placas onde a parte dos algarismos formem um número par.

Fatorial 

Considerando n um número natural maior que 1 (um), podemos definir como fatorial desse número n (n!) o número: 

n! = n(n – 1)(n – 2)(n – 3) * ...* 3 * 2 * 1 

Lê-se n! como n fatorial ou fatorial de n. 

Veja alguns exemplos: 

5! = 5 * 4 * 3 * 2 * 1 = 120 
8! = 8 * 7 * 6 * 5 * 4 * 3 * 2 * 1 = 40320 
6! = 6 * 5 * 4 * 3 * 2 * 1 = 720 
10! = 10 * 9 * 8 * 7 * 6 * 5 * 4 * 3 * 2 * 1 = 3.628.800 

1! = 1
2! = 2 * 1 = 2
3! = 3 * 2 *1 = 6
4! = 4 * 3 * 2 * 1 = 24
5! = 5 * 4 * 3 * 2 * 1 = 120
6! = 6 * 5 *4 * 3 * 2 * 1 = 720
7! = 7 * 6 * 5 * 4 * 3 * 2 * 1 = 5 040
8! = 8 * 7 * 6 * 5 * 4 * 3 * 2 * 1 = 40 320
9! = 9 * 8 * 7 * 6 * 5 * 4 * 3 * 2 * 1 = 362 880
10! = 10 * 9 * 8 * 7 * 6 * 5 * 4 * 3 * 2 * 1 = 3 628 800

E assim sucessivamente.

Um exemplo de utilização de fatorial está presente no cálculo de anagramas de uma palavra. Lembrando que anagrama é a quantidade de novas palavras formadas com ou sem sentido, utilizando as letras de outra palavra. Por exemplo, vamos determinar os anagramas da palavra AMOR.

A palavra AMOR é formada por quatro letras, portanto:

4! = 4 * 3 * 2 * 1 = 24 palavras 
Determinando os anagramas da palavra MATEMÁTICA.

10! = 10 * 9 * 8 * 7 * 6 * 5 * 4 * 3 * 2 * 1 = 3 628 800 palavras formadas. 

Simplificação envolvendo fatoriais

Observe a fração abaixo:
Vimos que 5! é equivalente a 5! = 5 . 4 . 3!. Então podemos escrever a fração da seguinte forma:
Agora podemos simplificar o 3! do numerador com o 3! do denominador. Temos então:
Veja outros exemplos:




Gerando uma sequência de números compostos consecutivos a partir de um fatorial

Na página onde falamos sobre múltiplos de um número natural foi explicado que se a um número que é múltiplo de n, somarmos n ou qualquer um dos seus múltiplos, iremos obter como resultado um número que também é múltiplo de n.
3! + 2 = 3 . 2 . 1 + 2 = 6 + 2 = 8
3! + 3 = 3 . 2 . 1 + 3 = 6 + 3 = 9
Repare que 8, resultado da soma de 6 com 2, é divisível por 2, assim como 6. O mesmo ocorrendo com 9, resultado da soma de 6 com 3, que também é divisível por 3.
Como 8 e 9 são múltiplos de algum fator de 3!, temos que eles formam uma sequência de dois números compostos (não primos) consecutivos a partir do fatorial de três.
3! possui três fatores, mas só podemos considerar os fatores maiores que 1, por isto só pudemos somar dois e três. Note neste exemplo, que se somássemos 3! + 1, iríamos obter 7, que não é um número composto. Sete é um número primo.

Exemplos de problemas envolvendo fatoriais

EnunciadoQual deve ser o valor numérico de n para que a equação (n + 2)! = 20 . n! seja verdadeira?
O primeiro passo na resolução deste problema consiste em escrevermos (n + 2)! em função de n!, em busca de uma equação que não mais contenha fatoriais:
Conforme explicado na página onde tratamos sobre o cálculo rápido das raízes de equações do segundo grau, podemos resolver rapidamente esta equação respondendo à seguinte pergunta: Quais são os dois números cuja soma é igual a -3 e cujo produto é igual -18?
Rapidamente concluímos que as raízes procuradas são -6 e 3, mas como não existe fatorial de números negativos, já que eles não pertencem ao conjunto dos números naturais, ficamos apenas com a raiz igual a 3.
Portanto:
RespostaO valor numérico de n para que a equação seja verdadeira é igual a 3.



EnunciadoA partir de fatoriais, obtenha uma sequência com sete números compostos consecutivos.
Como eu devo obter 7 números compostos consecutivos na sequência, eu preciso partir ao menos de 8!:
8! = 8 . 7 . 6. 5 . 4 . 3 . 2 . 1 = 40320
Como 8! é igual a 40320, o primeiro número da sequência será 40320 + 2 = 40322 e o último será 40320 + 8 = 40328.
Logo:
RespostaA sequência 40322, 40323, 40324, 40325, 40326, 40327 e 40328 satisfaz as condições do enunciado.



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