Princípio fundamental da contagem (PFC)
Se uma decisão pode ser tomada de $m$ maneiras e, depois dela, outra pode ser tomada de $n$ maneiras, as duas juntas podem ser tomadas de $m\cdot n$ maneiras. Vale para quantas etapas houver: com $3$ camisetas, $2$ calças e $2$ tênis há $3\cdot2\cdot2=12$ combinações de roupa. A árvore de possibilidades é o desenho do PFC.
Fatorial e permutações
$n!=n\cdot(n-1)\cdots2\cdot1$, com $0!=1$. Permutar é ordenar todos os elementos: $P_n=n!$ (os anagramas de AMOR são $4!=24$). Com elementos repetidos, divide-se pelas repetições: $P_n^{a,b}=\frac{n!}{a!\,b!}$ (os anagramas de ARARA são $\frac{5!}{3!\,2!}=10$).
Arranjos e combinações
Escolher $p$ de $n$ elementos. Se a ordem importa (pódio, senha, cargos), é arranjo: $A_{n,p}=\frac{n!}{(n-p)!}$. Se a ordem não importa (comissão, grupo, aposta), é combinação: $C_{n,p}=\binom{n}{p}=\frac{n!}{p!\,(n-p)!}$. Teste: troque a ordem de dois escolhidos; se o resultado mudar, é arranjo.
Probabilidade clássica
Num espaço amostral de resultados igualmente prováveis, $P(A)=\frac{\text{casos favoráveis}}{\text{casos possíveis}}$. Sempre $0\le P(A)\le1$. O evento complementar (“não $A$”) tem $P(\bar A)=1-P(A)$; ele é ótimo para perguntas do tipo “pelo menos um”.
União e eventos independentes
$P(A\cup B)=P(A)+P(B)-P(A\cap B)$ (desconta o que foi contado duas vezes). Se $A$ e $B$ são independentes (um não altera a chance do outro), $P(A\cap B)=P(A)\cdot P(B)$. Sem reposição, a segunda retirada depende da primeira: multiplique usando as quantidades que sobraram.
Frequência relativa e lei dos grandes números
Repetindo um experimento muitas vezes, a frequência relativa de um evento ($\frac{\text{vezes que ocorreu}}{\text{total de repetições}}$) se aproxima da sua probabilidade. Em poucas jogadas os resultados oscilam muito; em milhares, estabilizam. Isso não significa que a moeda “compensa” os resultados anteriores: ela não tem memória.