ANÁLISE COMBINATÓRIA A Análise Combinatória é uma parte da Matemática que estuda e desenvolve métodos para a resolução de problemas que envolvem contagem. A origem dos problemas de contagem está ligada a jogos de loterias, ainda no século XVII. As primeiras publicações a respeito pareceram com Blaise Pascal e Pierre de Fermat. Alem desses ilustres personagem, muitos outros posteriormente desenvolveram estudos, com destaque para os suíços Jaques Bernoulli e Leonhard Euler e para o alemão Gottfried W. Leibniz. Esta nossa primeira aula não consiste, em dar absolutamente uma maneira formal para a resolução de problemas de contagem por meio de fórmulas, mas sim algumas técnicas de contagem de todos os casos possíveis de um acontecimento, como a árvore das possibilidades e o princípio fundamental da contagem. Vejamos alguns problemas. Ex: 1) Para a eleição da associação de Pais e Mestres da Escola, há três candidatos a presidente e dois a vice-presidente . Arnaldo (A) Candidatos a presidente Fábio (F) Carmem (C) Beatriz (B) Candidatos a vice - presidente Dárcio (D) Quais e quantos são os possíveis resultados dessa eleição ? Vamos fazer um esquema de resolução para representar os possíveis resultados, ao qual daremos o nome de árvore das possibilidades. Ex: 2) Uma moeda tem duas faces: cara(K) e coroa(C). Lança-se a moeda três vezes consecutivas e observa-se qual face ficou voltada para cima. Quais e quantos são os resultado possíveis ? Construindo a árvore das possibilidades , temos: São possíveis 8 resultados. Ex: 3) Quais e quantos são os números de três algarismos distintos que podemos formar usando os algarismos 2, 5 e 7 ? Construindo a árvores das possibilidades, temos: São 6 os possíveis resultados. Ex: 4) Fabíola, Gerson, Hélio, Ivelise e Jacira disputam 2 vagas no conselho da escola. Quantas comissões de 2 pessoas podem ser formadas com os 5 alunos. Construindo a árvore das possibilidades, temos: São 10 comissões de dois alunos, pois as comissões FG = GF, FH = HF, HG = GH, FI = IF, GI =IG, IH = HI, FJ = JF, GJ = JG, HJ = JH e IJ = JI PRINCÍPIO MULTIPLICATIVO Vamos aprender agora a determinar o número de possibilidades de ocorrência de evento , sem a necessidade de descrever todas as possibilidades. Considere a seguinte situação: André tem 2 Bermudas ( preta e cinza) e 4 camisetas (branca, verde, amarela e roxa). De quantas maneiras diferentes ele poderá se vestir usando uma bermuda e uma camiseta ? Construindo a árvore das possibilidades, temos: Observe que : ACONTECIMENTO Escolha da bermuda Escolha da camiseta DESCRIÇÃO DAS POSSIBILIDADES P, C B, V, A , R NÚMERO DE POSSIBILIDADES 2 4 Há duas possibilidades de escolher uma bermuda. Para cada uma delas, quatro possibilidades de escolher uma camiseta. Logo, o número total de maneiras diferentes de André se vestir é 2 . 4 = 8. Como o número de resultados foi obtido por meio de multiplicação, dizemos que foi aplicado o princípio multiplicativo. Vamos enunciá-lo: Se um acontecimento ocorrer por várias etapas sucessivas e independente, de tal modo que: p1 é o número de possibilidade da 1ª etapa, p2 o número de possibilidades da segunda etapa, ...., pk é o número de possibilidades da k-ésima etapa, então: p1.p2....pk é o número de possibilidades total de um acontecimento ocorrer. EXEMPLOS Ex: 1) Um restaurante oferece no cardápio 2 saladas distintas, 4 tipos de carne, 5 variedades de bebida e 3 de sobremesa diferentes. Uma pessoa deseja comer uma salada, uma carne, uma bebida e uma sobremesa. De quantas maneiras distintas ela pode fazer o pedido ? Acontecimentos Escolha de uma salada Escolha de um prato de carne Escolha de uma bebida Escolha de uma sobremesa Descrição das possibilidades S1, S2 C1, C2, C3, C4 B1, B2, B3, B4, B5 So1, So2, So3 Número das possibilidades 2 4 5 3 Usando o princípio multiplicativo, o número de maneiras de o pedido ser feito é igual a: 2. 4. 5. 3 = 120 maneiras Ex: 2) Os números de telefones de uma cidade têm 8 algarismos. Determine a quantidade de telefones a serem instalados, sabendo que os números não devem começar com zeros. P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7 P8 9 10 10 10 10 10 10 10 Usando o princípio multiplicativo, o número máximo de telefones é: 9. 10.10.10.10.10.10.10 = 90 000 000 Vamos estudar agora problemas de contagem relacionados a algumas formas de organizar ou agrupar elementos de um conjunto. Arranjo Simples: é o tipo de agrupamento em que um grupo é diferente de outro pela ordem ou pela natureza dos elementos componentes. Fórmula do arranjo simples: An, p = n! (n − p )! Ex: Quatro pessoas ( Arnaldo, Bento, Carlos, Daniel) disputam uma corrida. Supondo que todas terminem a prova, quantas são as possibilidades de chegada para os três primeiros lugares ? Resolução: n = 4 e p = 3 An, p = n! 4! 4! = = = 24 (n − p )! (4 − 3)! 1! Existem 24 possibilidades diferentes de chegada para os três primeiros lugares. Combinação Simples: É o tipo de agrupamento em que um grupo é diferente de outro apenas pela natureza dos seus elementos componentes. Fórmula da Combinação Simples: C n; p = n! p!(n − p )! Ex: Quatro pessoas ( Arnaldo, Bento, Carlos, Daniel) disputam 3 vagas no conselho da escola. Quantas comissões de 3 pessoas podem ser formadas com os 4 alunos ? Resolução: n= 4 e p = 3 C n; p = n! 4! 4! = = =4 p!(n − p)! 3!(4 − 3)! 3!.1! Podemos formar 4 comissões. Permutação Simples: É o tipo de agrupamento em que um grupo é diferente de outro apenas pela ordem de seus elementos. Fórmula da permutação simples: Pn = n! Ex: Determine quantos são os anagramas da palavra ROMA ? Resolução: Pn = n! = 4! = 24 Portanto existem 24 anagramas. Permutação com elementos repetidos: Se tivermos n elementos dos quais, α são iguais A, β são iguais B ,δ são iguais a C e etc.... O número de permutações distintas dos n elementos será: Pn α , β ,δ ... = n! α !. β !. δ !.... Ex: Quantos anagramas tem a palavra ARITMÉTICA ? Resolução: n = 10, a letra A, repete 2 vezes (α = 2), a letra I repete 2 vezes (β = 2) e a letra T repete 2 vezes ( δ = 2 ), portanto: P102, 2, 2 = 10! = 453600 anagramas 2!. 2!. 2! ESCOLA DR. ALFREDO JOSÉ BALBI UNITAU APOSTILA NOÇÕES DE ANÁLISE COMBINATÓRIA PROF. CARLINHOS