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Princípio Fundamental da Contagem: regra multiplicativa

Entenda o Princípio Fundamental da Contagem, diagramas de árvore, etapas dependentes e restrições, com exemplos e exercícios comentados.

O que você vai aprender

  • Contar possibilidades em etapas sucessivas
  • Usar árvores de possibilidades e produtos corretamente
  • Distinguir casos de soma, produto e restrições

Entenda o assunto

O Princípio Fundamental da Contagem, também chamado de princípio multiplicativo, permite contar escolhas realizadas em etapas. Se podemos combinar três camisetas com duas calças, há seis combinações de roupa sem precisar listar cada par.

O princípio não exige que as etapas tenham sempre o mesmo número de escolhas: basta multiplicar as opções disponíveis em cada continuação. Se as opções variam conforme decisões anteriores, podemos dividir o problema em casos ou usar uma árvore.

Três camisetas combinam com duas calças cada, criando seis caminhos distintos numa árvore de possibilidades.

Por que multiplicamos as opções de cada etapa?

Uma escolha de camiseta e calça não é apenas “uma entre três” nem “uma entre duas”: é um par formado por uma peça de cada tipo. Com três camisetas e duas calças, podemos organizar três linhas com duas opções em cada, totalizando seis pares.

Esse raciocínio é o produto cartesiano entre conjuntos de escolhas. Cada opção da primeira etapa combina com todas as opções da segunda, desde que não existam restrições adicionais. O princípio também funciona com três ou mais etapas sucessivas.

RELAÇÃO MATEMÁTICA
N = n₁ × n₂ × ... × nₖ

O diagrama de árvore torna a contagem visível

Uma árvore começa em um ponto de partida e se ramifica a cada escolha. Se há duas bebidas e três lanches, cada ramo de bebida se divide em três opções; os seis caminhos finais representam as seis combinações possíveis.

O recurso é especialmente útil em problemas pequenos e quando as escolhas seguintes dependem das anteriores. A árvore ajuda a conferir se todos os resultados foram incluídos uma vez e a entender por que uma multiplicação representa combinações reais.

Tabelas organizam pares de opções

Quando existem apenas duas etapas, uma tabela pode ser ainda mais simples do que a árvore. Coloque as três camisetas nas linhas e as duas calças nas colunas; cada interseção representa exatamente um par de roupas possível.

A tabela tem três linhas e duas colunas, totalizando seis células. Uma tabela é apropriada para pares de escolhas; com muitas etapas, a árvore ou o cálculo direto costumam ser mais eficientes.

Estendendo o produto para muitas escolhas

Para formar uma refeição com entrada, prato e sobremesa, escolhemos uma possibilidade em cada uma das três fases. Se há 2 entradas, 3 pratos e 4 sobremesas, o total é 2×3×4 = 24 refeições completas.

A interpretação vem antes da conta. Não some 2+3+4 = 9: esse resultado contaria itens oferecidos, mas não as refeições feitas de uma opção de cada categoria. Multiplicar é adequado quando precisamos combinar as etapas.

Quando a repetição é permitida

Em uma senha de quatro dígitos, cada posição pode assumir qualquer algarismo de 0 a 9, caso o sistema permita repetição. Como as escolhas não retiram possibilidades das etapas seguintes, são 10 opções para cada uma das quatro posições.

O total é 10×10×10×10 = 10.000 senhas, incluindo a sequência 0000. O exemplo evidencia a diferença entre uma senha e um número natural de quatro algarismos, cujo primeiro dígito precisaria ser diferente de zero.

RELAÇÃO MATEMÁTICA
Com 10 símbolos e repetição em k posições: N = 10ᵏ

Quando cada escolha elimina uma opção

Se um mesmo símbolo não pode ser repetido, o número de escolhas diminui a cada etapa. Com as letras A, B, C e D para formar uma sequência de duas letras distintas, há 4 opções iniciais e somente 3 para completar.

Portanto são 4×3 = 12 sequências. Esse raciocínio pode ser estendido a ordenar p elementos distintos dentre n e dá origem à fórmula de arranjos simples, estudada com mais detalhe na análise combinatória.

Por que zero inicial muda a resposta?

Um número de três algarismos precisa começar por 1, 2, ..., 9; caso contrário, não teria três algarismos na representação decimal usual. Se os dígitos podem repetir, há 9 opções na primeira posição e 10 em cada uma das outras duas.

Assim, são 9×10×10 = 900 números de três algarismos. Em um código de três posições, com zero inicial permitido, haveria 10³ = 1.000 sequências. A diferença não é matemática difícil, mas leitura atenta das regras.

Quando é preciso somar em vez de multiplicar?

Escolher uma entrada e uma sobremesa exige duas escolhas simultâneas, por isso usamos o produto. Já escolher uma bebida OU uma sobremesa, quando essas categorias não se confundem e apenas um item será selecionado, pede somar suas quantidades.

Se há três sucos e dois chás como alternativas exclusivas, há 3+2 = 5 bebidas possíveis. Em uma árvore com quantidades desiguais por ramo, calcule o número de caminhos em cada ramo e some os resultados sem sobreposição.

E se o número de opções muda em cada ramo?

Imagine que o lanche A permita duas bebidas e o lanche B permita quatro. Não existe um único número de bebidas que seja válido após qualquer primeira escolha. Nesse caso, a regra uniforme de 2×n não se aplica diretamente.

Divida a contagem: o ramo A tem duas combinações e o ramo B tem quatro, logo 2+4 = 6. De forma geral, o princípio multiplicativo atua dentro de cada ramo; o princípio aditivo reúne os ramos distintos.

Da contagem ao espaço amostral

Em dois lançamentos de moeda, há dois resultados por lançamento e quatro pares ordenados possíveis. Se as moedas são equilibradas e os lançamentos independentes, os quatro pares têm a mesma probabilidade, permitindo calcular eventos por contagem.

O princípio da contagem determina quantos resultados existem, não garante por si só que eles tenham a mesma chance. Em problemas de probabilidade, é necessário explicitar as hipóteses antes de dividir o número de casos favoráveis pelo total.

Passo a passo

  1. 01

    Separe o problema em decisões sucessivas e determine o que representa um resultado completo.

  2. 02

    Conte as opções da primeira etapa e, para cada escolha, verifique as opções que restam na etapa seguinte.

  3. 03

    Multiplique quantidades quando todas as primeiras escolhas admitem a mesma quantidade de continuações; se variam, conte cada ramo e depois some.

  4. 04

    Confirme o total com uma tabela ou árvore pequena e releia condições como “não repetir” ou “não começar com zero”.

FÓRMULA E RESUMO
Se cada primeira escolha admite n₂ continuações e há n₁ primeiras escolhas, o total é n₁ × n₂. Para k etapas uniformes: N = n₁ × n₂ × ... × nₖ.

Exemplos resolvidos

Veja como aplicar o conceito a situações concretas.

EXEMPLO 1

Combinações de roupas

Uma pessoa possui 3 camisetas e 2 calças, e escolhe exatamente uma de cada. Para cada camiseta há 2 calças possíveis, então 3×2 = 6 visuais diferentes.

EXEMPLO 2

Cardápio com três etapas

Um restaurante oferece 2 entradas, 3 pratos principais e 2 sobremesas. Se uma refeição combina uma opção de cada etapa, há 2×3×2 = 12 refeições diferentes.

EXEMPLO 3

Código de duas letras

Cada uma das duas posições de um código pode receber A, B ou C, com repetição permitida. Assim, são 3 opções em cada etapa e 3×3 = 9 códigos distintos.

EXEMPLO 4

Código de três algarismos sem repetir

Um código de três posições pode usar 0 a 9, inclusive zero no início, mas não pode repetir algarismos. São 10 escolhas na primeira, 9 na segunda e 8 na terceira: 10×9×8 = 720 códigos.

EXEMPLO 5

Números com três algarismos

Para formar números de 100 a 999, com repetição permitida, o primeiro algarismo admite 1 a 9 (nove opções), enquanto os demais admitem 0 a 9 (dez cada). Logo 9×10×10 = 900 números.

EXEMPLO 6

Árvore de duas moedas

Duas moedas equilibradas têm dois resultados possíveis em cada lançamento: cara ou coroa. A árvore tem dois ramos iniciais, cada um com mais dois ramos, totalizando 2×2 = 4 resultados ordenados.

EXEMPLO 7

Casos com quantidades diferentes

De uma cidade A há 2 rotas para B e 3 rotas para C; de B há 2 rotas para D, de C há 4. As rotas completas via B são 2×2 = 4 e via C são 3×4 = 12. Como os casos não se sobrepõem, o total é 4+12 = 16.

O que vale lembrar

AGORA É COM VOCÊ

Hora de praticar

Escolha uma resposta para cada questão e confira a explicação.

QUESTÃO 01Uma alternativa correta

Com 3 camisetas e 2 calças, quantos conjuntos com uma de cada peça são possíveis?

Alternativas da questão 1
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Resposta: B — 6. Para cada uma das três camisetas há duas calças disponíveis. Como devemos escolher as duas peças, multiplicamos 3×2 e obtemos 6 combinações de roupas.

QUESTÃO 02Uma alternativa correta

Uma refeição tem 2 entradas, 3 pratos e 2 sobremesas. Quantas refeições completas?

Alternativas da questão 2
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Resposta: C — 12. Cada refeição combina uma opção de cada uma das três etapas. Aplicando o princípio multiplicativo, são 2×3×2 = 12 refeições possíveis.

QUESTÃO 03Uma alternativa correta

Um código de 2 letras usa A, B ou C em cada posição e permite repetir. Quantos códigos?

Alternativas da questão 3
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Resposta: C — 9. Como há três opções independentes para cada uma das duas posições e repetir é permitido, a quantidade é 3×3 = 9 códigos diferentes.

QUESTÃO 04Uma alternativa correta

Quantos códigos de 3 algarismos distintos existem se zero inicial é permitido?

Alternativas da questão 4
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Resposta: A — 720. Um código pode começar com zero, mas não permite repetir algarismos. Há 10 opções na primeira posição, 9 na segunda e 8 na terceira: 720 códigos.

QUESTÃO 05Uma alternativa correta

Quantos números naturais de 3 algarismos há, permitindo repetir dígitos?

Alternativas da questão 5
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Resposta: B — 900. O primeiro algarismo só pode ser de 1 a 9, portanto tem nove opções. Os dois seguintes têm dez cada: 9×10×10 = 900 números.

QUESTÃO 06Uma alternativa correta

Lançar duas moedas gera quantos pares de resultados ordenados?

Alternativas da questão 6
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Resposta: C — 4. Cada lançamento possui dois resultados possíveis. Como contamos os resultados por lançamento em sua ordem, o total é 2×2 = 4 pares.

QUESTÃO 07Uma alternativa correta

Há 4 letras distintas. Quantas sequências de duas letras sem repetição são possíveis?

Alternativas da questão 7
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Resposta: C — 12. A primeira posição tem quatro opções. Como a letra usada não pode se repetir, restam três opções para a segunda; 4×3 = 12 sequências.

QUESTÃO 08Uma alternativa correta

Uma loja oferece 3 sucos OU 2 chás, escolhendo apenas uma bebida. Quantas escolhas?

Alternativas da questão 8
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Resposta: A — 5. São alternativas excludentes: ou escolhemos um dos três sucos ou um dos dois chás. Somamos as quantidades 3+2 e encontramos 5 escolhas.

QUESTÃO 09Uma alternativa correta

Um restaurante oferece 2 lanches; o primeiro combina com 2 bebidas e o segundo com 4. Quantos pares lanche-bebida?

Alternativas da questão 9
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Resposta: B — 6. As continuações são desiguais: o primeiro lanche permite duas combinações e o segundo, quatro. Contamos cada ramo e somamos 2+4 = 6 pares.

QUESTÃO 10Uma alternativa correta

Uma senha de 4 dígitos permite repetição e zero inicial. Quantas senhas existem?

Alternativas da questão 10
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Resposta: B — 10000. Cada uma das quatro posições recebe um dos dez algarismos, incluindo zero. Como a repetição é permitida, há 10×10×10×10 = 10.000 senhas.

Perguntas frequentes: Princípio Fundamental da Contagem

O que é o Princípio Fundamental da Contagem?

É a regra que conta escolhas feitas em etapas: quando há n₁ opções na primeira etapa e n₂ opções para completar cada escolha, o total é n₁×n₂. A regra se estende a mais etapas.

Quando uso multiplicação em uma contagem?

Quando o resultado final combina escolhas sucessivas, como uma camiseta E uma calça. É importante conferir se cada primeira escolha admite o mesmo número de continuações.

Quando devo somar possibilidades?

Quando há casos alternativos que não se sobrepõem, como escolher um suco OU um chá. Em árvores com ramos desiguais, conte cada ramo e some seus resultados.

O princípio funciona sem reposição?

Sim. O número de opções pode diminuir a cada etapa; para escolher duas letras diferentes entre quatro, multiplicamos 4×3, pois a primeira letra já não está disponível.

Por que um código pode começar com zero?

Porque a sequência 007 pode ser um código válido se o enunciado permitir. Já um número natural de três algarismos não começa com zero em sua representação usual.

Diagramas de árvore são obrigatórios?

Não. Eles ajudam a visualizar e verificar casos pequenos. Para muitas etapas, um produto adequado costuma ser mais eficiente, desde que todas as restrições estejam representadas.

Fontes e referências

Estas fontes ajudam a aprofundar os conceitos apresentados nesta aula. As explicações e os exemplos do UNVRST foram redigidos de forma independente.

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