Pular para o conteúdo
Prof. Luis Teixeira — Física | Matemática Reforço
Escolar

Matemática 2ª série

Análise combinatória e probabilidade

M172ª série do Ensino Médio10 exercíciosSimulador autoral

Quantas senhas diferentes existem? Qual a chance de ganhar na loteria? A análise combinatória ensina a contar sem listar caso por caso, e a probabilidade usa essa contagem para medir a chance de um evento. No simulador, lance moedas e dados milhares de vezes e veja a frequência relativa se aproximar da probabilidade teórica.

Antes, convém saber: Frações, Decimais e porcentagem

Resumo

O essencial do tema

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.

Atenção

Erros comuns

Simulador autoral

Laboratório do acaso

Carregando o simulador…

Abrir só o simulador em outra aba · feito em HTML pelo Prof. Luis Teixeira

Experimente

  1. Escolha a moeda, lance $10$ vezes e anote a frequência de caras; depois lance $1000$ vezes. Qual ficou mais perto de $50\%$?
  2. No modo “Soma de 2 dados”, ligue o automático e veja as barras formarem um “triângulo”, com o $7$ no topo: há mais pares com soma $7$ do que com qualquer outra soma.
  3. Observe o gráfico de baixo: no começo a frequência relativa oscila muito; com o tempo ela gruda na linha da probabilidade teórica.
  4. No modo “Árvore”, escolha o número de opções de cada etapa e confira o PFC: o número de folhas é o produto das opções.
Resolvidos

Exemplos resolvidos

  1. Quantos são os anagramas da palavra AMOR? Quantos deles começam por vogal?

    Ver a resolução passo a passo
    Todos: $P_4=4!=24$. Começando por vogal: a primeira letra pode ser A ou O ($2$ opções) e as outras três letras se permutam livremente ($3!=6$). Pelo PFC, $2\cdot6=12$ anagramas.
  2. Dois dados honestos são lançados. Qual a probabilidade de a soma ser $7$? E de sair pelo menos um $6$?

    Ver a resolução passo a passo
    O espaço amostral tem $6\cdot6=36$ pares. Soma $7$: $(1,6),(2,5),(3,4),(4,3),(5,2),(6,1)$, ou seja, $6$ casos, e $P=\frac{6}{36}=\frac16$. Pelo menos um $6$: é mais fácil pelo complementar. Nenhum $6$ tem $5\cdot5=25$ casos, então $P=1-\frac{25}{36}=\frac{11}{36}$.
Roteiro

Como estudar este tema

  1. Leia o PFC e o primeiro exemplo; refaça a contagem dos anagramas desenhando a árvore.
  2. Treine a pergunta-chave: a ordem importa? Classifique cada exercício como arranjo ou combinação antes de calcular.
  3. No simulador, faça os experimentos com moeda e dados e compare frequência relativa com probabilidade.
  4. Resolva os exercícios básicos e intermediários.
  5. Feche com os aplicados (loteria e senhas), que misturam contagem e probabilidade.
Exercícios

Teste o que você aprendeu

Resolva no papel antes de abrir a resposta. Conferir cedo demais atrapalha o aprendizado.

  1. Básico

    Uma lanchonete oferece $3$ tipos de pão, $4$ recheios e $2$ molhos. Quantos sanduíches diferentes podem ser montados com um item de cada tipo?

    Ver resposta

    $24$. Pelo PFC: $3\cdot4\cdot2=24$.

  2. Básico

    Quantos números de $3$ algarismos distintos podem ser formados com os algarismos $1$, $2$, $3$, $4$ e $5$?

    Ver resposta

    $60$. São $5$ opções para a centena, $4$ para a dezena e $3$ para a unidade: $5\cdot4\cdot3=60$.

  3. Básico

    Calcule $\frac{7!}{5!}$.

    Ver resposta

    $42$. $\frac{7\cdot6\cdot5!}{5!}=7\cdot6=42$: não é preciso calcular os fatoriais inteiros.

  4. Básico

    Ao lançar um dado honesto, qual a probabilidade de sair um número par?

    Ver resposta

    $\frac12$. Há $3$ casos favoráveis ($2$, $4$, $6$) em $6$ possíveis: $\frac36=\frac12$.

  5. Intermediário

    De um grupo de $8$ pessoas, quantas comissões de $3$ pessoas podem ser formadas?

    Ver resposta

    $56$. A ordem não importa: $C_{8,3}=\frac{8\cdot7\cdot6}{3\cdot2\cdot1}=56$.

  6. Intermediário

    Do mesmo grupo de $8$ pessoas, de quantas maneiras podem ser escolhidos um presidente, um vice e um tesoureiro?

    Ver resposta

    $336$. Agora a ordem importa (os cargos são diferentes): $A_{8,3}=8\cdot7\cdot6=336$. Note que $336=56\cdot3!$.

  7. Intermediário

    Quantos são os anagramas da palavra BANANA?

    Ver resposta

    $60$. São $6$ letras com o A repetido $3$ vezes e o N $2$ vezes: $\frac{6!}{3!\,2!}=\frac{720}{12}=60$.

  8. Intermediário

    Uma urna tem $4$ bolas vermelhas e $6$ azuis. Retiram-se $2$ bolas, sem reposição. Qual a probabilidade de as duas serem vermelhas?

    Ver resposta

    $\frac{2}{15}$. $\frac{4}{10}\cdot\frac{3}{9}=\frac{12}{90}=\frac{2}{15}$. Por combinação: $\frac{C_{4,2}}{C_{10,2}}=\frac{6}{45}=\frac{2}{15}$.

  9. Aplicado

    Na Mega-Sena, uma aposta simples escolhe $6$ números entre $1$ e $60$. Quantas apostas simples diferentes existem? Qual a probabilidade de acertar a sena com uma única aposta?

    Ver resposta

    $50\,063\,860$ apostas; probabilidade $\frac{1}{50\,063\,860}$. A ordem dos números não importa: $C_{60,6}=\frac{60\cdot59\cdot58\cdot57\cdot56\cdot55}{6!}=50\,063\,860$.

  10. Aplicado

    Uma senha tem $4$ dígitos de $0$ a $9$, com repetição permitida. Quantas senhas existem? Se uma senha for sorteada ao acaso, qual a probabilidade de ela ter os $4$ dígitos diferentes?

    Ver resposta

    $10\,000$ senhas; probabilidade $50{,}4\%$. Total: $10^4=10\,000$. Com dígitos distintos: $10\cdot9\cdot8\cdot7=5\,040$. Então $P=\frac{5\,040}{10\,000}=0{,}504$.

Referências

Para aprofundar

Fica salvo só neste navegador.