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2ª série · Matemática
Combinatória · Combinatória

Arranjos

Antes de começar, convém dominares: Equações do segundo grau (9º ano do Ensino Fundamental (Anos Finais))

Em uma corrida de $100\text{ m}$ rasos, 8 atletas disputam as medalhas de ouro, prata e bronze. Você não vai ordenar os 8 atletas: vai escolher apenas 3 e colocá-los em posições diferentes. De quantas formas isso pode acontecer? Esse tipo de contagem se chama arranjo.

Arranjos simples

Pense como no princípio fundamental da contagem: para a 1ª posição há $n$ opções; para a 2ª, $n-1$ (um elemento já foi usado); e assim por diante, até a posição $p$, que tem $n-p+1$ opções.

$$A_{n,p} = n \cdot (n-1) \cdot (n-2) \cdots (n-p+1) = \frac{n!}{(n-p)!}$$ Produto de p fatores decrescentes, de n até n menos p mais 1, para calcular os arranjos simples. n n−1 ··· n−p+1 apenas p fatores: você para antes de chegar a 1
Pratica★☆☆Por começar
Em uma galeria de arte serão expostos $2$ quadros selecionados de uma coleção particular de $7$ obras. Um será colocado na parede esquerda da sala e o outro na parede…

Em uma galeria de arte serão expostos $2$ quadros selecionados de uma coleção particular de $7$ obras. Um será colocado na parede esquerda da sala e o outro na parede direita. De quantas formas diferentes é possível organizar essa exposição?

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Pratica★☆☆Por começar
Um clube de leitura tem $9$ membros. Eles devem escolher uma diretoria formada por uma presidência, uma vice-presidência e uma secretaria. Como os cargos são distintos e…

Um clube de leitura tem $9$ membros. Eles devem escolher uma diretoria formada por uma presidência, uma vice-presidência e uma secretaria. Como os cargos são distintos e cada pessoa só pode ocupar um, de quantas formas a diretoria pode ser formada?

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Pratica★★☆Por começar
Uma empresa tem $8$ funcionários e deve atribuir $5$ tarefas diferentes a $5$ funcionários distintos (uma tarefa por pessoa). Sabendo que a primeira tarefa deve ser…

Uma empresa tem $8$ funcionários e deve atribuir $5$ tarefas diferentes a $5$ funcionários distintos (uma tarefa por pessoa). Sabendo que a primeira tarefa deve ser realizada obrigatoriamente pelo funcionário mais antigo, de quantas formas as tarefas podem ser distribuídas?

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Arranjos com repetição

E se o mesmo elemento puder aparecer várias vezes? Ao lançar um dado 4 vezes seguidas, o resultado de cada lançamento não depende dos anteriores: o 6 pode sair nas 4 vezes. Nenhuma opção é "gasta".

$$AR_{n,p} = n^p$$

Cada uma das $p$ posições tem sempre as mesmas $n$ opções. É o princípio multiplicativo com o mesmo fator $n$ repetido $p$ vezes.

Casas sucessivas, cada uma com n opções independentes, ilustrando o produto n elevado a p nos arranjos com repetição. n n ··· n p posições, sempre as mesmas n opções = n elevado a p
Pratica★☆☆Por começar
Lançamos um dado cúbico tradicional de $6$ faces $4$ vezes consecutivas e anotamos o resultado de cada lançamento em ordem. Quantos resultados distintos podemos obter no…

Lançamos um dado cúbico tradicional de $6$ faces $4$ vezes consecutivas e anotamos o resultado de cada lançamento em ordem. Quantos resultados distintos podemos obter no total?

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Pratica★☆☆Por começar
Lançamos uma moeda para cima $6$ vezes consecutivas e anotamos a sequência exata de caras e coroas obtidas. Quantas sequências distintas podem ser formadas?

Lançamos uma moeda para cima $6$ vezes consecutivas e anotamos a sequência exata de caras e coroas obtidas. Quantas sequências distintas podem ser formadas?

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Pratica★☆☆Por começar
Queremos pintar $3$ caixas de correio alinhadas em uma rua. Dispomos de $4$ cores distintas (vermelho, verde, azul e amarelo). Se pudermos repetir cores em caixas de…

Queremos pintar $3$ caixas de correio alinhadas em uma rua. Dispomos de $4$ cores distintas (vermelho, verde, azul e amarelo). Se pudermos repetir cores em caixas de correio diferentes, de quantas formas diferentes podemos pintá-las?

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Pratica★★☆Por começar
O sistema de placas de veículos de um país é formado por um bloco de $4$ dígitos (do $0$ ao $9$) seguido de um bloco de $2$ letras escolhidas de um alfabeto de $20$…

O sistema de placas de veículos de um país é formado por um bloco de $4$ dígitos (do $0$ ao $9$) seguido de um bloco de $2$ letras escolhidas de um alfabeto de $20$ consoantes. Em ambos os blocos é permitida a repetição de caracteres. Quantas placas distintas podem ser emitidas no total com este formato?

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Arranjo, permutação ou repetição?

Antes de usar uma fórmula, faça duas perguntas: os elementos podem se repetir? e a ordem importa? (Trocar dois elementos de lugar gera um resultado diferente?)

Muitos problemas têm restrições (um algarismo obrigatório, número par, não começar por zero). A dica é começar pela posição mais restrita e depois preencher as outras.

Pratica★☆☆Por começar
Em uma corrida de $100\text{ m}$ rasos participam $8$ atletas. De quantas formas distintas as medalhas de ouro, prata e bronze podem ser distribuídas, sabendo que não…

Em uma corrida de $100\text{ m}$ rasos participam $8$ atletas. De quantas formas distintas as medalhas de ouro, prata e bronze podem ser distribuídas, sabendo que não pode haver empates?

1º 2º 3º
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Pratica★★☆Por começar
Utilizando os dígitos $\{1, 2, 3, 4, 5, 6, 7\}$, quantos números pares de $3$ algarismos podem ser formados se não for permitido repetir nenhum algarismo no mesmo número?

Utilizando os dígitos $\{1, 2, 3, 4, 5, 6, 7\}$, quantos números pares de $3$ algarismos podem ser formados se não for permitido repetir nenhum algarismo no mesmo número?

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Pratica★★☆Por começar
Quantos números de $4$ algarismos podem ser formados com os dígitos $\{1, 2, 3, 4, 5\}$ (podendo repetir algarismos) que sejam estritamente maiores do que $3000$?

Quantos números de $4$ algarismos podem ser formados com os dígitos $\{1, 2, 3, 4, 5\}$ (podendo repetir algarismos) que sejam estritamente maiores do que $3000$?

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Pratica★★★Por começar
Quantos números de $4$ algarismos distintos podem ser formados utilizando apenas os dígitos $\{0, 1, 2, 3, 4, 5\}$? Considere que, por definição, um número válido não…

Quantos números de $4$ algarismos distintos podem ser formados utilizando apenas os dígitos $\{0, 1, 2, 3, 4, 5\}$? Considere que, por definição, um número válido não pode começar pelo algarismo $0$.

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Pratica★★★Por começar
Para acessar um banco de dados seguro é necessária uma senha de $5$ caracteres. Por segurança, o sistema exige que os dois primeiros caracteres sejam vogais (permite-se…

Para acessar um banco de dados seguro é necessária uma senha de $5$ caracteres. Por segurança, o sistema exige que os dois primeiros caracteres sejam vogais (permite-se que se repitam) e os três últimos caracteres devem ser números do $0$ ao $9$ (sem que nenhum se repita). Quantas senhas distintas cumprem este formato?

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Equações com arranjos

Às vezes você conhece o resultado e precisa descobrir $n$. Escreva a fórmula, desenvolva e resolva a equação (do 2º grau, como no 9º ano), lembrando de conferir se a solução faz sentido.

Pratica★★☆Por começar
Em uma liga de basquetebol participam $14$ equipes. Cada equipe deve jogar contra todas as outras duas vezes ao longo do ano (uma partida em casa e outra como…

Em uma liga de basquetebol participam $14$ equipes. Cada equipe deve jogar contra todas as outras duas vezes ao longo do ano (uma partida em casa e outra como visitante). Quantas partidas serão jogadas no total durante toda a temporada?

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Pratica★★★Por começar
Em um torneio de xadrez joga-se em turno e returno (cada jogador enfrenta todos os outros duas vezes, alternando a cor das peças). Se sabemos que no total foram…

Em um torneio de xadrez joga-se em turno e returno (cada jogador enfrenta todos os outros duas vezes, alternando a cor das peças). Se sabemos que no total foram disputadas $90$ partidas, elabore a equação correspondente utilizando a fórmula dos arranjos e encontre quantos jogadores participaram do torneio.

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Pratica★★★Por começar
Sabendo que o número de arranjos com repetição de $x$ elementos tomados $2$ a $2$ excede em $12$ o número de arranjos sem repetição dos mesmos $x$ elementos tomados $2$…

Sabendo que o número de arranjos com repetição de $x$ elementos tomados $2$ a $2$ excede em $12$ o número de arranjos sem repetição dos mesmos $x$ elementos tomados $2$ a $2$, elabore a equação matemática correspondente e encontre o valor de $x$.

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Voltando ao início: as medalhas da corrida de 8 atletas podem ser distribuídas de $A_{8,3} = 336$ formas.

Resumo

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