Conte as variáveis diferentes: a tabela-verdade tem 2ⁿ linhas, começando com todas elas iguais a 1.
Dê a cada subfórmula a sua própria coluna e preencha as colunas de dentro para fora.
Aplique a regra de cada conectivo: → só é 0 para 1 → 0, ↔ vale 1 quando os dois lados coincidem.
Para equivalências, compare as colunas finais linha a linha; para um argumento, olhe apenas as linhas em que todas as premissas valem 1.
Para negar uma afirmação quantificada, mova ¬ para dentro, troque ∀ e ∃ e negue a fórmula interna.
Lógica digital: portas, mapas de Karnaugh e flip-flops
Portas básicas
A·B, A + B, A′, (A·B)′, (A + B)′, A ⊕ B
Regras booleanas
X + X′ = 1, X·X′ = 0, X + XY = X, XY + XY′ = X
De Morgan
(X·Y)′ = X′ + Y′, (X + Y)′ = X′·Y′
Ordem do mapa de Karnaugh
00, 01, 11, 10 (Gray code)
Grupo de 2ᵏ células
perde k variáveis
Multiplexador 4-para-1
F = A′B′I0 + A′BI1 + AB′I2 + ABI3
Flip-flops
D: Q⁺ = D, T: Q⁺ = T ⊕ Q, JK: Q⁺ = JQ′ + K′Q
Contadores
n bits: 2ⁿ estados; mod-N: menor n com 2ⁿ ≥ N; fout = fclk/N
Contador assíncrono (ripple)
fmax = 1/(n·tpd)
Contadores em anel e Johnson
n e 2n estados
Método
Para um circuito, trabalhe das entradas até a saída, uma porta de cada vez, e escreva o valor em cada fio, ou escreva a sua expressão e preencha a tabela-verdade.
Para simplificar, coloque os 1s (e as condições irrelevantes como X) num mapa de Karnaugh com linhas e colunas em código Gray: 00, 01, 11, 10.
Cubra os 1s com o menor número possível de grupos, os maiores possíveis, de 1, 2, 4, 8 ou 16 células, dando a volta pelas bordas; cada grupo é um termo produto formado pelas variáveis que permanecem constantes. Agrupe os 0s para a forma POS.
Para flip-flops e contadores, leia as entradas em cada borda ativa do clock, escreva o estado após cada borda e lembre-se de que um contador de n bits dá a volta após 2ⁿ estados.
Teoria dos números e aritmética modular
Divisão com resto
a = q·n + r, 0 ≤ r < n
Euclides
gcd(a, b) = gcd(b, a mod b)
Mínimo múltiplo comum
lcm(a, b) = a·b/gcd(a, b)
Inversa
a·a⁻¹ ≡ 1 (mod n), gcd(a, n) = 1
Congruência linear
a·x ≡ b → x ≡ a⁻¹·b (mod n)
Função totiente de Euler
φ(n) = n·∏(1 − 1/p), φ(pᵏ) = pᵏ − pᵏ⁻¹
Fermat
aᵖ⁻¹ ≡ 1 (mod p)
RSA
n = pq, φ = (p − 1)(q − 1), d = e⁻¹ mod φ, c = mᵉ mod n, m = cᵈ mod n
Método
Reduza antes todos os números módulo n; os restos ficam entre 0 e n − 1.
Para um mdc, divida repetidamente com o algoritmo de Euclides; o último resto não nulo é o mdc.
Para um inverso, execute o algoritmo estendido e guarde o coeficiente de a; some n se ele for negativo.
Resolva a·x ≡ b multiplicando por a⁻¹; combine duas congruências escrevendo x = r₁ + m₁k.
Para potências, escreva o expoente em binário e eleve ao quadrado repetidamente; no RSA, d = e⁻¹ mod φ(n) com φ(n) = (p − 1)(q − 1).
Teoria dos grafos
Lema do aperto de mãos
Σ deg(v) = 2|E|
Grafos completos
|E(Kn)| = n(n − 1)/2, |E(Km,n)| = m·n
Grafo regular
|E| = n·k/2
Árvore e floresta
|E| = n − 1, |E| = n − c
Folhas de uma árvore
L = 2 + Σ (deg(v) − 2) over deg(v) ≥ 3
Euler
circuito: todos os graus pares; caminho: exatamente 2 graus ímpares
Circuitos hamiltonianos em Kn
(n − 1)!/2
Atualização de Dijkstra
d(v) = min(d(v), d(u) + w(u, v))
Passeios de comprimento L
(Mᴸ)ij
Método
Anote o grau de cada vértice; a soma dos graus é igual ao dobro do número de arestas.
Em questões de Euler, verifique se o grafo é conexo e conte os vértices de grau ímpar.
Para árvores, use n − 1 arestas e o lema do aperto de mãos.
Em Dijkstra, mantenha uma tabela de distâncias provisórias e fixe a cada rodada o vértice não fixado de menor distância.
Para uma árvore geradora mínima, ordene as arestas por peso e pule toda aresta que feche um ciclo (Kruskal), ou faça crescer uma árvore a partir de um vértice inicial (Prim).
Sub-redes IPv4
Hosts por sub-rede
2(32 − prefix) − 2 (/31: 2, /32: 1)
Tamanho do bloco
256 − (mask octet)
Endereço de rede
IP AND máscara
Endereço de broadcast
IP OR (NOT máscara): todos os bits de host a 1
Sub-redes com n bits emprestados
2n
2Exercícios
1.Sistemas de numeraçãoMédia
Escreva −51 como padrão de 8 bits em complemento para dois. Leia o padrão como número binário sem sinal: qual é o seu valor U em decimal?
N = −518 bit
U =
2.Sistemas de numeraçãoDifícil
Qual é o inteiro mais negativo N que se pode guardar em complemento para dois de 16 bits?
16 bit
N =
3.Lógica proposicional e demonstraçõesMédia
(a → c) ∧ (a ∧ ¬c) é uma tautologia, uma contradição ou uma contingência? Clique na sua resposta.
(a → c) ∧ (a ∧ ¬c)
1tautologia
2contradição
3contingência
4.Lógica proposicional e demonstraçõesDifícil
O argumento com premissas q ∨ r; q e conclusão ¬r é inválido. Clique na linha da tabela-verdade que é um contraexemplo.
q ∨ rq∴ ¬r
1q = 1, r = 1
2q = 1, r = 0
3q = 0, r = 1
4q = 0, r = 0
5.Lógica digital: portas, mapas de Karnaugh e flip-flopsMédia
Use o mapa de Karnaugh para encontrar a forma mínima em soma de produtos (SOP) de F(A, B, C) = Σm(1, 2, 3, 4, 5, 6). Quantos literais L ela contém no total (uma variável com apóstrofo conta como um literal)?
F(A, B, C) = Σm(1, 2, 3, 4, 5, 6)
L =
6.Lógica digital: portas, mapas de Karnaugh e flip-flopsDifícil
Um flip-flop JK acionado na borda de subida começa com Q = 0 e recebe as entradas mostradas em 7 bordas de subida do clock. Quantas vezes N Q muda de estado?
Q₀ = 0JK
N =
7.Teoria dos números e aritmética modularMédia
Encontre o inverso de 9 módulo 62: o número x com 0 < x < 62 e 9·x ≡ 1 (mod 62).
a = 9n = 62
9−1 mod 62 =
8.Teoria dos números e aritmética modularDifícil
Uma chave RSA usa p = 29, q = 31 e e = 11. Decifre o texto cifrado c = 613: encontre a mensagem m.
p = 29q = 31e = 11c = 613
m =
9.Algoritmos e complexidadeMédia
O que a análise amortizada mede?
AO custo de um algoritmo com a melhor entrada
BO custo da operação individual mais cara em qualquer ponto da sequência
CO custo médio por operação ao longo de uma sequência de operações de pior caso
DO custo esperado sobre entradas aleatórias
10.Algoritmos e complexidadeDifícil
O problema da mochila 0/1 resolvido com programação dinâmica leva tempo O(nW). Por que isso é chamado de pseudopolinomial?
AW é um número, então o tempo é exponencial no número de bits usados para escrever W
BPorque n é sempre pequeno
CPorque o algoritmo é aleatorizado e seu tempo de execução varia a cada entrada
DPorque só funciona para W = 0
11.Estruturas de dadosMédia
Em um heap binário armazenado em um array a partir do índice 0, onde está o pai do nó no índice i?
ANo índice ⌊(i − 1) / 2⌋
BNo índice ⌊i / 2⌋ + 1
CNo índice 2i + 1
DNo índice i − 1
12.Estruturas de dadosDifícil
Qual propriedade mantém toda árvore B perfeitamente balanceada?
ACada nó armazena uma chave
BTodas as folhas estão na mesma profundidade
CTodo nó tem exatamente dois filhos
DAs chaves ficam armazenadas apenas na raiz
13.Teoria dos grafosMédia
O grafo conexo tem um circuito euleriano, um caminho euleriano que não é circuito, ou nenhum dos dois? Clique na sua resposta.
|V| = 7|E| = 10
1Circuito euleriano
2Caminho euleriano, sem circuito
3nenhuma das duas
14.Teoria dos grafosDifícil
Use o algoritmo de Dijkstra para encontrar o comprimento d(D) do caminho mais curto de A até D no grafo ponderado.
início: Afim: D
d(D) =
15.Bases de dados e SQLMédia
Na álgebra relacional, o operador de projeção (π) corresponde a:
ACombinar duas tabelas por uma chave
BOrdenar o resultado
CEscolher quais colunas aparecem no resultado
DEscolher quais linhas satisfazem uma determinada condição
16.Bases de dados e SQLDifícil
Duas transações leem stock = 10, cada uma subtrai 1 e grava o resultado, dando 9 em vez de 8. Que anomalia é essa?
AAnomalia de exclusão
BAtualização perdida (lost update)
CLeitura fantasma
DLeitura suja
17.Redes de computadoresMédia
Qual é o endereço de loopback do IPv6?
A::1
B::
Cff02::1
Dfe80::1
18.Redes de computadoresDifícil
Um caminho tem largura de banda de 100 Mbit/s e tempo de ida e volta de 40 ms. Quantos dados precisam estar em trânsito para mantê-lo totalmente ocupado?
A2,5 MB
B50 kB
C4 kB
D500 kB
19.Sub-redes IPv4Média
A rede 192.168.10.0/24 tem de ser dividida em pelo menos 16 sub-redes iguais. Se pedir emprestados o menor número de bits possível, quantos hosts utilizáveis H tem cada sub-rede?
192.168.10.0/2416 subnets
H =
20.Sub-redes IPv4Difícil
Um host tem o endereço 172.20.150.175/19. Qual é o terceiro octeto x do endereço de broadcast da sua sub-rede?
172.20.150.175/19
x =
3Soluções
1.Sistemas de numeração
Resposta: U = 205
Sistemas de numeração posicionais: cada algarismo vale o seu valor vezes uma potência da base. Em binário as posições valem 1, 2, 4, 8, 16, …; em hexadecimal 1, 16, 256, …, com A–F para 10–15. No complemento para dois de 8 bits, o bit da esquerda vale −128 em vez de +128; é assim que se guardam os números negativos.
Inverter e somar um
51 = 0011 0011
invertido: 1100 1100
+1 → 1100 1101
Ler sem sinal
1100 1101₂ = 256 − 51 = 205
Resposta
U = 205
2.Sistemas de numeração
Resposta: N = −32768
Sistemas de numeração posicionais: cada algarismo vale o seu valor vezes uma potência da base. Em binário as posições valem 1, 2, 4, 8, 16, …; em hexadecimal 1, 16, 256, …, com A–F para 10–15. No complemento para dois de 8 bits, o bit da esquerda vale −128 em vez de +128; é assim que se guardam os números negativos.
Valor mais negativo
−215 = −32768
Resposta
N = −32768
3.Lógica proposicional e demonstrações
Resposta: contradição
Equivalência lógica: duas fórmulas são equivalentes (≡) quando têm o mesmo valor em todas as linhas da tabela-verdade. Uma tautologia vale 1 em todas as linhas, uma contradição vale 0 em todas as linhas, e uma contingência não é nenhuma das duas. Leis úteis: De Morgan, ¬(a ∧ b) ≡ ¬a ∨ ¬b e ¬(a ∨ b) ≡ ¬a ∧ ¬b; a → b ≡ ¬a ∨ b ≡ ¬b → ¬a (contrapositiva); ¬(a → b) ≡ a ∧ ¬b; e as leis distributivas, a ∨ (b ∧ c) ≡ (a ∨ b) ∧ (a ∨ c).
Tabela-verdade linha por linha
a = 1, c = 1: a → c = 1, ¬c = 0, a ∧ ¬c = 0, (a → c) ∧ (a ∧ ¬c) = 0
a = 1, c = 0: a → c = 0, ¬c = 1, a ∧ ¬c = 1, (a → c) ∧ (a ∧ ¬c) = 0
a = 0, c = 1: a → c = 1, ¬c = 0, a ∧ ¬c = 0, (a → c) ∧ (a ∧ ¬c) = 0
a = 0, c = 0: a → c = 1, ¬c = 1, a ∧ ¬c = 0, (a → c) ∧ (a ∧ ¬c) = 0
Classifique
(a → c) ∧ (a ∧ ¬c): 0, 0, 0, 0
0 em todas as linhas: uma contradição.
Resposta
contradição
4.Lógica proposicional e demonstrações
Resposta: q = 1, r = 1
Quantificadores e argumentos: ¬∀x P(x) ≡ ∃x ¬P(x) e ¬∃x P(x) ≡ ∀x ¬P(x). Mova a negação para dentro, troque todo quantificador que ela atravessa e negue a fórmula interna com as leis proposicionais, como ¬(a → b) ≡ a ∧ ¬b. Um argumento é válido quando a conclusão vale 1 em toda linha em que todas as premissas valem 1. Uma única linha com premissas verdadeiras e conclusão falsa é um contraexemplo e mostra que o argumento é inválido.
Premissas e conclusão linha por linha
q = 1, r = 1: 1 1 | 0
q = 1, r = 0: 1 1 | 1
q = 0, r = 1: 1 0 | 0
q = 0, r = 0: 0 0 | 1
Contraexemplo
q = 1, r = 1
Resposta
q = 1, r = 1
Um argumento com essa forma parece uma regra válida, mas uma linha basta para mostrar que não é.
5.Lógica digital: portas, mapas de Karnaugh e flip-flops
Resposta: L = 6
Mapas de Karnaugh: as células são ordenadas em código Gray (00, 01, 11, 10), de modo que células vizinhas, inclusive as que ficam nas bordas opostas, diferem em exatamente uma variável. Agrupe os 1s em retângulos de 1, 2, 4, 8 ou 16 células, o maior possível e o menor número possível, até que todo 1 esteja coberto. Cada grupo é um termo produto: as variáveis que permanecem constantes dentro dele. Um grupo de 2ᵏ células perde k variáveis. As condições irrelevantes (X) podem ser usadas para aumentar grupos, mas nunca precisam ser cobertas. Agrupar os 0s dá a forma POS mínima.
Agrupe os 1s
Todo grupo é um retângulo de 2ᵏ células; as células das bordas são vizinhas das células da borda oposta.
B′C
AC′
A′B
Forma SOP mínima
F = B′C + AC′ + A′B
L = 6
Resposta
L = 6
Existe outro agrupamento do mesmo tamanho; ele tem o mesmo número de termos e de literais.
6.Lógica digital: portas, mapas de Karnaugh e flip-flops
Resposta: N = 4
Flip-flops e contadores: um flip-flop muda apenas na borda ativa do clock. D copia a sua entrada (Q⁺ = D); T inverte quando T = 1; JK mantém para 00, zera para 01, seta para 10 e inverte para 11. Um contador binário de n bits tem 2ⁿ estados e conta módulo 2ⁿ; um contador módulo N conta 0, 1, …, N − 1 e volta a 0, e precisa de flip-flops em número igual ao menor n com 2ⁿ ≥ N. Cada estágio de um contador assíncrono (ripple) divide a frequência por dois, de modo que a última saída de um contador módulo N funciona a fclk/N. Um contador Johnson de n flip-flops tem 2n estados, um contador em anel n.
Inversos e congruências: a tem inverso módulo n exatamente quando mdc(a, n) = 1. O algoritmo de Euclides estendido escreve 1 = s·n + t·a, e então a⁻¹ ≡ t (mod n). Uma congruência a·x ≡ b (mod n) com mdc(a, n) = 1 tem a solução x ≡ a⁻¹·b. Duas congruências x ≡ r₁ (mod m₁) e x ≡ r₂ (mod m₂) com módulos coprimos têm uma solução módulo m₁·m₂ (teorema chinês do resto). O φ(n) de Euler conta os números de 1 a n que são coprimos com n: φ(n) = n·∏(1 − 1/p).
Algoritmo de Euclides estendido
Cada resto r é escrito como r ≡ t·9 (mod 62).
r = 62, t = 0
r = 9, q = 6, t = 1
r = 8, q = 1, t = −6
r = 1, q = 8, t = 7
Inversa
1 ≡ 7·9 (mod 62)
x = 7
verificação: 9·7 = 63 = 1·62 + 1
Resposta
9−1 mod 62 = 7
8.Teoria dos números e aritmética modular
Resposta: m = 42
Potências modulares e RSA: calcule aᵏ mod n por elevação ao quadrado repetida: escreva k em binário, eleve ao quadrado, reduza a cada passo e multiplique as potências cujo bit é 1. Fermat: aᵖ⁻¹ ≡ 1 (mod p) para um primo p que não divide a, então o expoente pode ser reduzido módulo p − 1. RSA: escolha primos p e q, n = p·q e φ(n) = (p − 1)(q − 1); o expoente público e é coprimo com φ(n), e o expoente privado é d = e⁻¹ mod φ(n). Cifre com c = mᵉ mod n e decifre com m = cᵈ mod n.
Expoente privado
n = 899, φ(n) = 840
d = 11−1 mod 840 = 611
Decifre por elevação ao quadrado repetida
611 = 512 + 64 + 32 + 2 + 1
6131 ≡ 613 (mod 899)
6132 ≡ 886 (mod 899)
6134 ≡ 169 (mod 899)
6138 ≡ 692 (mod 899)
61316 ≡ 596 (mod 899)
61332 ≡ 111 (mod 899)
61364 ≡ 634 (mod 899)
613128 ≡ 103 (mod 899)
613256 ≡ 720 (mod 899)
613512 ≡ 576 (mod 899)
613611 ≡ 613·886·111·634·576 ≡ 42 (mod 899)
Mensagem
m = 42
verificação: 4211 mod 899 = 613
Resposta
m = 42
9.Algoritmos e complexidade
Resposta: C · O custo médio por operação ao longo de uma sequência de operações de pior caso
Porque é esta a resposta
A análise amortizada distribui o custo de operações caras e raras por muitas operações baratas, dando uma média garantida para qualquer sequência.
Resposta
C · O custo médio por operação ao longo de uma sequência de operações de pior caso
10.Algoritmos e complexidade
Resposta: A · W é um número, então o tempo é exponencial no número de bits usados para escrever W
Porque é esta a resposta
O tempo de execução é polinomial no valor de W, mas exponencial no seu comprimento (log W bits); a mochila 0/1 é NP-completa.
Resposta
A · W é um número, então o tempo é exponencial no número de bits usados para escrever W
11.Estruturas de dados
Resposta: A · No índice ⌊(i − 1) / 2⌋
Porque é esta a resposta
Os filhos de i estão em 2i + 1 e 2i + 2, então o pai de i é ⌊(i − 1) / 2⌋; com índices a partir de 1, é ⌊i / 2⌋.
Resposta
A · No índice ⌊(i − 1) / 2⌋
12.Estruturas de dados
Resposta: B · Todas as folhas estão na mesma profundidade
Porque é esta a resposta
Os nós se dividem para cima quando estão cheios e a árvore só fica mais alta quando a raiz se divide, então todas as folhas ficam sempre no mesmo nível.
Resposta
B · Todas as folhas estão na mesma profundidade
13.Teoria dos grafos
Resposta: nenhuma das duas
Euler, Hamilton e árvores: um grafo conexo tem um circuito euleriano (cada aresta uma vez, de volta ao início) quando todo vértice tem grau par, e um caminho euleriano que não é circuito quando exatamente dois vértices têm grau ímpar; o caminho vai então de um vértice ímpar ao outro. Um circuito hamiltoniano visita cada vértice uma vez; Kn tem (n − 1)!/2 deles. Uma árvore com n vértices tem n − 1 arestas, e um grafo conexo com m arestas mantém uma árvore geradora depois de remover m − n + 1 arestas.
Caminhos mínimos e árvores geradoras: o algoritmo de Dijkstra fixa um vértice por rodada: o vértice não fixado com a menor distância provisória. Sua distância torna-se definitiva, e cada vizinho v recebe d(v) = min(d(v), d(u) + w(u, v)). O algoritmo de Kruskal constrói uma árvore geradora mínima tomando as arestas da mais leve para a mais pesada e descartando qualquer aresta que feche um ciclo; o algoritmo de Prim faz crescer uma árvore a partir de um vértice inicial acrescentando sempre a aresta mais leve que sai dela. Uma árvore geradora de n vértices tem n − 1 arestas.
Dijkstra rodada por rodada
Cada linha: o vértice fixado, sua distância definitiva e os vizinhos cuja distância melhora.
A (0): B: 4, C: 10
B (4): D: 9, G: 14
D (9): E: 12, F: 24
C (10): E: 11
E (11): F: 19
G (14)
F (19)
Caminho mais curto
A → B → D
d(D) = 9
Resposta
d(D) = 9
15.Bases de dados e SQL
Resposta: C · Escolher quais colunas aparecem no resultado
Porque é esta a resposta
A projeção mantém os atributos escolhidos (a lista do SELECT), enquanto a seleção σ mantém as linhas que satisfazem uma condição (a cláusula WHERE).
Resposta
C · Escolher quais colunas aparecem no resultado
16.Bases de dados e SQL
Resposta: B · Atualização perdida (lost update)
Porque é esta a resposta
Numa atualização perdida, as duas transações partem do mesmo valor antigo e a segunda gravação apaga a primeira; bloqueios (SELECT ... FOR UPDATE) ou atualizações atômicas a evitam.
Resposta
B · Atualização perdida (lost update)
17.Redes de computadores
Resposta: A · ::1
Porque é esta a resposta
::1 é o endereço de loopback. :: é o endereço não especificado, fe80::/10 é link-local e ff02::1 é o grupo multicast de todos os nós.
Resposta
A · ::1
18.Redes de computadores
Resposta: D · 500 kB
Porque é esta a resposta
O produto largura de banda-atraso é 100 × 10⁶ bit/s × 0,04 s = 4 × 10⁶ bits = 500 kB. A janela do remetente precisa ser pelo menos desse tamanho.
Resposta
D · 500 kB
19.Sub-redes IPv4
Resposta: H = 14
Sub-redes IPv4: um endereço tem 32 bits. O prefixo /p indica quantos bits iniciais identificam a rede; os restantes 32 − p bits numeram os hosts. Uma sub-rede tem 2³²⁻ᵖ endereços, mas o primeiro (endereço de rede) e o último (broadcast) não podem ser atribuídos a hosts, por isso cabem 2³²⁻ᵖ − 2 hosts. Exceções: um /31 (enlace ponto a ponto, RFC 3021) usa os seus 2 endereços para hosts, e um /32 é um único endereço (um único host ou um loopback).
Bits a pedir emprestados
24 = 16 ≥ 16 → b = 4, /28
Hosts por sub-rede
24 − 2 = 14
Resposta
H = 14
20.Sub-redes IPv4
Resposta: x = 159
IPv4 subnetting: an address has 32 bits. The prefix /p says how many leading bits identify the network; the remaining 32 − p bits number the hosts. A subnet has 2³²⁻ᵖ addresses, but the first (network address) and last (broadcast address) cannot be given to hosts, so 2³²⁻ᵖ − 2 hosts fit. Exceptions: a /31 (point-to-point link, RFC 3021) uses both of its 2 addresses for hosts, and a /32 is one single address (a single host or a loopback).