Exercícios Resolvidos de Análise Combinatória e Probabilidade em LTEX A S. R. Santos e L. A. M. S. Junior Universidade Federal do Estado do Rio de Janeiro, Brasil 9 de setembro de 2008 Resumo Este texto contém exercícios resolvidos de Análise Combinatória e Probabilidade do livro do Morgado e do Degroot. 1 Introdução Este texto surgiu da necessidade de prover os discentes de material com exercícios sobre probabilidade no caso discreto. A teoria necessária para a resolução dos exercícios não se encontra aqui. 2 Combinações e Permutações 2.1 Princípio da Adição e da Multiplicação 1. Quantas palavras contendo 3 letras diferentes podem ser formadas com um alfabeto de 26 letras? R: A primeira letra pode ser selecionada de 26 maneiras. Escolhida a primeira, a segunda pode ser escolhida de 25 maneiras. Escolhida a segunda, a terceira pode ser escolhida de 24 maneiras. Assim, podem ser formadas 26 × 25 × 24 = 15600 palavras com 3 letras diferentes. 2. Quantos são os gabaritos possíveis de um teste de 10 questões de múltipla escolha, com cinco alternativas por questão? R:5 × 5 × 5 × . . . × 5 = 510 = 9765625 3. Quantos inteiros há entre 1000 e 9999 cujos algarísmos são distintos? R:9 × 9 × 8 × 7 = 4536 4. De quantos modos podem ser escolhidos um presidente e um secretário de um conselho que tem 12 membros? R:12 × 11 = 132 1 5. De quantos modos 3 pessoas podem sentar-se em 5 cadeiras em la? R:5 × 4 × 3 = 60 6. Quantos números de quatro dígitos são maiores do que 2400 e: (a) têm todos os dígitos diferentes; Se o número começar por 2 teremos uma única opção para o primeiro algarísmo. O segundo pode ser o 4 ou maior (6 opções). O terceiro não pode ser igual ao primeiro e ao segundo algarísmos (8 opções) e o quarto não pode ser igual aos 3 algarísmos anteriores (7 opções). Nesse caso, teremos 1 × 6 × 8 × 7 = 336 números. Se o número não começar por dois, o primeiro algarísmo ∈ / {0, 1, 2} (7 opções). O segundo algarísmo não poderá ser igual ao primeiro (9 opções). O terceiro algarísmo não poderá ser igual aos dois anteriores (8 opções) e o último não poderá ser igual aos anteriores (7 opções). Nesse caso teremos: 7 × 9 × 8 × 7 = 3528 números. Assim, são 336 + 3528 = 3864 números. (b) não têm dígitos iguais a 3, 5 ou 6? Se o número começar por 2 teremos uma única opção para o primeiro algarísmo. O segundo algarísmo ∈ / {0, 1, 2, 3, 5, 6} (4 opções). Os dois últimos algarísmos ∈ / {3, 5, 6} (7 opções cada). Nesse caso teremos: 1 × 4 × 7 × 7 = 196 números. Mas os dois últimos algarísmos não podem ser iguais a zero, quando o primeiro for igual a 2 e o segundo igual a 4, pois o número tem que ser maior do que 2400. Logo, teremos 196 − 1 = 195 números Se o número não começar por dois, o primeiro algarísmo ∈ / {0, 1, 2, 3, 5, 6} (4 opções). O segundo, terceiro e quarto algarísmos ∈ / {3, 5, 6} (7 opções cada). Nesse caso teremos: 4 × 7 × 7 × 7 = 1372 números. Assim, são 195 + 1372 = 1567 números. (c) têm as propriedades a e b simultâneamente? Se o número começar por 2 teremos uma única opção para o primeiro algarísmo. O segundo ∈ / {0, 1, 2, 3, 5, 6} (4 opções). O terceiro ∈ / {3, 5, 6} e não pode ser igual ao primeiro e ao segundo algarísmos (5 opções) e o quarto ∈ / {3, 5, 6} e não pode ser igual aos 3 algarísmos anteriores (4 opções). Nesse caso, teremos 1×4×5×4 = 80 números. Se o número não começar por dois, o primeiro algarísmo ∈ / {0, 1, 2, 3, 5, 6} (4 opções). O segundo algarísmo ∈ / {3, 5, 6} e não poderá ser igual ao primeiro (6 opções). O terceiro algarísmo ∈ / {3, 5, 6} e não poderá ser igual aos dois anteriores (5 opções) e o último ∈ / {3, 5, 6} e não poderá ser igual aos anteriores (4 opções). Nesse caso teremos: 4 × 6 × 5 × 4 = 480 números. Assim, são 480 + 80 = 560 números. 2 7. O conjunto A possui 4 elementos e o conjunto B possui 7 elementos. Quantas são as funções f : A 7−→ B ? Quantas são as funções injetoras f : A 7−→ B ? Em uma função, cada elemento do conjunto A tem que corresponder a um elemento do conjunto B. Para cada elemento de A temos 7 opções para correlacionar com B. Logo temos 7 × 7 × 7 × 7 = 74 = 2401 funções. Em uma função injetora, cada elemento do conjunto A tem que corresponder a um único elemento do conjunto B, ou seja, não pode ter dois elementos de A se correlacionando com o mesmo elemento de B. Para o primeiro elemento de A temos 7 opções para correlacionar com B. Escolhido este, para o segundo elemento de A temos 6 opções para correlacionar com B e assim por diante. Logo temos 7×6×5×4 = 840 funções injetoras. 8. Quantos divisores naturais possui o número 360? Quantos são pares? R: 360 = 23 ×32 ×51 . Os divisores naturais de 360 são da forma 2a ×3b ×5c , com a = 0, 1, 2, 3; b = 0, 1, 2 e c = 0, 1. Logo, são 4×3×2 = 24 os divisores naturais de 360. E 3 × 3 × 2 = 18 são pares. 9. Quantos são os números naturais de 4 dígitos que possuem pelo menos dois dígitos iguais? R: Os números com 4 dígitos são 9 × 10 × 10 × 10 = 9000. Números com 4 dígitos distintos: 9 × 9 × 8 × 7 = 4536. Agora, basta diminuir: 9000 − 4536 = 4464. 10. Quantos subconjuntos possui um conjunto que tem n elementos? R: Um conjunto pode ser representado na forma A = {a1 + a2 + . . . + an }. O primeiro elemento de A, a1 , pode pertencer ao subconjunto ou não. O segundo também. E assim sucessivamente até o n-ésimo elemento. Logo, o número de subconjuntos de A é 2 × 2 × . . . × 2 = 2n . 11. De quantos modos podemos arrumar oito torres iguais em um tabuleiro de xadrez (8 × 8) de modo que não haja duas torres na mesma linha nem na mesma coluna? R: Na primeira coluna temos 8 modos de colocar a torre. Na segunda, 7. Na terceira, 6 e assim sucessivamente. Logo, temos 8 × 7 × . . . × 1 = 8! = 40320. 12. Em uma banca há 5 exemplares iguais da revista A, 6 exemplares da revista B e 10 exemplares iguais da revista C. Quantas coleções não vazias de revistas dessa banca é possível formar? R: Ω = {(a, b, c) : a = números de revistas A, b = número de revistas B e c = número de revistas C} #Ω = 6 × 7 × 11 = 462. Porém, o terno (0, 0, 0)não nos serve. Logo, o número de coleções não vazias será 462-1=461. 3 13. De um baralho comum (52 cartas) sacam-se sucessivamente e sem reposição três cartas. Quantas são as extrações nas quais a primeira carta é de copas, a segunda é um rei e a terceira não é uma dama? R: Vamos dividir o problema em três partes. Primeira parte: Quantas são as extrações nas quais a primeira carta é de copas e não é o rei de copas e não é a dama de copas e a segunda é um rei e a terceira não é uma dama? 11 × 4 × 46 = 2024 Segunda parte: Quantas são as extrações nas quais a primeira carta é o rei de copas e a segunda é um rei e a terceira não é uma dama? 1×3×46 = 138 Terceira parte: Quantas são as extrações nas quais a primeira carta é a dama de copas e a segunda é um rei e a terceira não é uma dama? 1 × 4 × 47 = 188 Logo, São 2024 + 138 + 188 = 2350 extrações. 4