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
Defina os bits para armazenar −81 em complemento de dois de 8 bits. Lido como um número sem sinal, qual é o valor U do padrão?
N = −818 bit
U =
2.Sistemas de numeraçãoDifícil
Uma imagem sem compressão tem 640 × 480 píxeis com 16 bits por píxel. Quanta memória M ocupa, em KiB (1 KiB = 1024 bytes)?
640 × 480 px16 bit/px1 KiB = 1024 B
M = KiB
3.Lógica proposicional e demonstraçõesMédia
Você quer demonstrar b → a por contraposição. Qual implicação você demonstra em seu lugar? Clique nela.
b → a
1a → b
2b ∧ ¬a
3¬a → ¬b
4¬b → ¬a
4.Lógica proposicional e demonstraçõesDifícil
O argumento com premissas b → a; ¬b e conclusão ¬a é inválido. Clique na linha da tabela-verdade que é um contraexemplo.
b → a¬b∴ ¬a
1a = 1, b = 1
2a = 1, b = 0
3a = 0, b = 1
4a = 0, b = 0
5.Lógica digital: portas, mapas de Karnaugh e flip-flopsMédia
Um multiplexador 4-para-1 tem as entradas de seleção S₁ = A e S₀ = B, e as entradas de dados ligadas a I₀ = C′, I₁ = C, I₂ = 1, I₃ = C. Para quantas das 8 combinações de A, B e C a saída vale F = 1? Encontre N.
I₀ = C′I₁ = CI₂ = 1I₃ = C
N =
6.Lógica digital: portas, mapas de Karnaugh e flip-flopsDifícil
Um contador mod-10 é construído com o número mínimo de flip-flops. Quantos dos estados possíveis U nunca são usados?
N = 10
U =
7.Teoria dos números e aritmética modularMédia
Encontre o menor inteiro positivo x com x ≡ 6 (mod 8) e x ≡ 4 (mod 13).
x ≡ 6 (mod 8)x ≡ 4 (mod 13)
x =
8.Teoria dos números e aritmética modularDifícil
31 é primo. Use o pequeno teorema de Fermat para encontrar 489666 mod 31.
p = 31k = 89666
489666 mod 31 =
9.Algoritmos e complexidadeMédia
Qual é a solução da recorrência T(n) = T(n − 1) + O(n)?
AO(n)
BO(2ⁿ)
CO(n²)
DO(n log n)
10.Algoritmos e complexidadeDifícil
A multiplicação de Karatsuba satisfaz T(n) = 3T(n/2) + O(n). Qual é a solução?
AΘ(n²)
BΘ(n3)
CΘ(n log n)
DΘ(nlog₂ 3), cerca de n1,585
11.Estruturas de dadosMédia
Por que um heap binário pode ser armazenado em um array sem nenhum ponteiro?
AHeaps nunca têm mais de 100 elementos
BArrays mantêm as chaves automaticamente em ordem, então não são necessários ponteiros
CTodas as chaves de um heap são iguais
DÉ uma árvore binária completa, então as posições seguem fórmulas simples de índice
12.Estruturas de dadosDifícil
Qual problema da sondagem linear o hashing duplo reduz principalmente?
AO agrupamento primário, em que se formam longas sequências de posições ocupadas
BA necessidade de armazenar as chaves na tabela
CO custo O(n) de ler o valor de uma chave
DA necessidade de uma função hash
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| = 12
1Circuito euleriano
2Caminho euleriano, sem circuito
3nenhuma das duas
14.Teoria dos grafosDifícil
Use o algoritmo de Dijkstra para encontrar o comprimento d(G) do caminho mais curto de A até G no grafo ponderado.
início: Afim: G
d(G) =
15.Bases de dados e SQLMédia
Por que SELECT price * 2 AS double_price FROM t WHERE double_price > 10 falha na maioria dos bancos de dados?
AWHERE é avaliado antes da lista do SELECT, então o alias ainda não existe
BNão se permite aritmética na lista do SELECT
CWHERE só pode comparar colunas de texto
DAliases não podem conter sublinhado
16.Bases de dados e SQLDifícil
Por que SELECT dept, name, COUNT(*) FROM emp GROUP BY dept é inválido no SQL padrão?
Adept deve aparecer dentro de uma função de agregação
Bname não está agrupado nem agregado, então não tem um valor único por grupo
CCOUNT(*) não pode ser usado junto com GROUP BY
DGROUP BY deve listar todas as colunas da tabela
17.Redes de computadoresMédia
O HTTP não guarda estado (stateless). Como os sites geralmente mantêm um usuário logado entre requisições?
AArmazenando a senha na URL
BCom cookies que contêm um identificador de sessão ou um token
CDando a cada usuário um endereço IP fixo
DMantendo a conexão TCP aberta por dias
18.Redes de computadoresDifícil
Uma conexão TCP tem janela de 64 KB e tempo de ida e volta de 100 ms, sem escala de janela. Qual é sua vazão máxima aproximada?
ACerca de 640 Mbit/s
BCerca de 0,5 Mbit/s
CCerca de 5 Mbit/s
DCerca de 50 Mbit/s
19.Sub-redes IPv4Média
Um departamento precisa de 1940 endereços de host numa única sub-rede. Qual é o prefixo mais longo p (a sub-rede mais pequena) que chega?
1940 hosts
p =
20.Sub-redes IPv4Difícil
A rede 192.168.230.0/24 é dividida com VLSM para estas LANs: A: 13 hosts, B: 48 hosts, C: 26 hosts, D: 59 hosts. As sub-redes são alocadas a partir de .0 para cima, primeiro a LAN com mais hosts, cada uma com a menor sub-rede que a comporte. Qual é o quarto octeto x do endereço de rede da LAN B?
A: 13B: 48C: 26D: 59
x =
3Soluções
1.Sistemas de numeração
Resposta: U = 175
Definir bits: cada bit vale uma potência de dois (128, 64, …, 1). Um dígito hexadecimal são exatamente quatro bits, e em complemento de dois de 8 bits o bit mais à esquerda vale −128. As operações bit a bit atuam em cada posição de bit separadamente.
Inverter e somar um
81 = 0101 0001
invertido: 1010 1110
+1 → 1010 1111
Ler sem sinal
1010 1111₂ = 256 − 81 = 175
Resposta
U = 175
2.Sistemas de numeração
Resposta: M = 600 KiB
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.
Bits e bytes
640·480·16 = 4915200 bit = 614400 B
Converter para KiB
614400/1024 = 600 KiB
Resposta
M = 600 KiB
3.Lógica proposicional e demonstrações
Resposta: ¬a → ¬b
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).
Partes da implicação
a = b, b = a
Contrapositiva
¬b → ¬a = ¬a → ¬b
Resposta
¬a → ¬b
A contrapositiva é equivalente à afirmação original, então demonstrá-la demonstra a afirmação.
4.Lógica proposicional e demonstrações
Resposta: a = 1, b = 0
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
a = 1, b = 1: 1 0 | 0
a = 1, b = 0: 1 1 | 0
a = 0, b = 1: 0 0 | 1
a = 0, b = 0: 1 1 | 1
Contraexemplo
a = 1, b = 0
Resposta
a = 1, b = 0
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: N = 5
Multiplexador: um multiplexador 2ⁿ-para-1 leva uma de suas entradas de dados à saída; as linhas de seleção, lidas como um número binário, escolhem qual. Para um MUX 4-para-1 com seleções S₁S₀ = AB, F = A′B′·I₀ + A′B·I₁ + AB′·I₂ + AB·I₃. Ligar as entradas de dados a 0, 1, C ou C′ faz o MUX produzir qualquer função de A, B e C, o que é uma maneira comum de construir lógica com um único chip.
Expressão da saída
F = A′B′C′ + A′BC + AB′ + ABC
Linhas com F = 1
ABC = 000, 011, 100, 101, 111
N = 5
Resposta
N = 5
6.Lógica digital: portas, mapas de Karnaugh e flip-flops
Resposta: U = 6
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.
Número de flip-flops
2ⁿ ≥ 10 → n = 4 (2⁴ = 16)
Estados não usados
U = 16 − 10 = 6
Resposta
U = 6
7.Teoria dos números e aritmética modular
Resposta: x = 30
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).
Primeira congruência
x = 6 + 8k
Segunda congruência
6 + 8k ≡ 4 (mod 13) → 8k ≡ 11 (mod 13)
k ≡ 5·11 ≡ 3 (mod 13)
Resultado
x = 6 + 8·3 = 30
x = 30
verificação: 30 mod 8 = 6, 30 mod 13 = 4
Resposta
x = 30
8.Teoria dos números e aritmética modular
Resposta: 489666 mod 31 = 4
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.
Reduza o expoente
89666 mod 30 = 26
489666 ≡ 426 (mod 31)
Potência pequena
426 mod 31 = 4
Resposta
489666 mod 31 = 4
9.Algoritmos e complexidade
Resposta: C · O(n²)
Porque é esta a resposta
O trabalho soma cerca de n² / 2; é a recorrência do selection sort ou do quicksort com o pior pivô.
Resposta
C · O(n²)
10.Algoritmos e complexidade
Resposta: D · Θ(nlog₂ 3), cerca de n1,585
Porque é esta a resposta
Como log₂ 3 ≈ 1,585 > 1, as folhas dominam pelo teorema mestre, superando o método escolar O(n²).
Resposta
D · Θ(nlog₂ 3), cerca de n1,585
11.Estruturas de dados
Resposta: D · É uma árvore binária completa, então as posições seguem fórmulas simples de índice
Porque é esta a resposta
Ser completa significa não ter lacunas, então os filhos do índice i estão sempre em 2i + 1 e 2i + 2.
Resposta
D · É uma árvore binária completa, então as posições seguem fórmulas simples de índice
12.Estruturas de dados
Resposta: A · O agrupamento primário, em que se formam longas sequências de posições ocupadas
Porque é esta a resposta
A sondagem linear avança de 1 em 1, então as sequências ocupadas crescem e se fundem; o hashing duplo usa um segundo hash para o tamanho do passo, de modo que chaves diferentes sondam sequências diferentes.
Resposta
A · O agrupamento primário, em que se formam longas sequências de posições ocupadas
13.Teoria dos grafos
Resposta: Circuito euleriano
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): C: 4
C (4): B: 10, G: 17
B (10): D: 24
G (17): E: 29
D (24): F: 25
F (25)
E (29)
Caminho mais curto
A → C → G
d(G) = 17
Resposta
d(G) = 17
15.Bases de dados e SQL
Resposta: A · WHERE é avaliado antes da lista do SELECT, então o alias ainda não existe
Porque é esta a resposta
Logicamente, FROM e WHERE são executados antes do SELECT, então repita a expressão no WHERE ou use uma subconsulta; ORDER BY pode usar o alias porque é executado depois do SELECT.
Resposta
A · WHERE é avaliado antes da lista do SELECT, então o alias ainda não existe
16.Bases de dados e SQL
Resposta: B · name não está agrupado nem agregado, então não tem um valor único por grupo
Porque é esta a resposta
Toda coluna da lista do SELECT deve estar no GROUP BY ou dentro de uma agregação (ou depender funcionalmente das colunas de agrupamento); caso contrário, o valor é ambíguo.
Resposta
B · name não está agrupado nem agregado, então não tem um valor único por grupo
17.Redes de computadores
Resposta: B · Com cookies que contêm um identificador de sessão ou um token
Porque é esta a resposta
O servidor define um cookie com um ID de sessão ou token, e o navegador o devolve a cada requisição para que o servidor reconheça o usuário.
Resposta
B · Com cookies que contêm um identificador de sessão ou um token
18.Redes de computadores
Resposta: C · Cerca de 5 Mbit/s
Porque é esta a resposta
Vazão ≤ janela / RTT = 65,536 × 8 bits / 0,1 s ≈ 5,2 Mbit/s, por mais rápido que seja o enlace.
Resposta
C · Cerca de 5 Mbit/s
19.Sub-redes IPv4
Resposta: p = 21
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 de host necessários
210 − 2 = 1022 < 1940
211 − 2 = 2046 ≥ 1940 → h = 11
Comprimento do prefixo
p = 32 − 11 = 21
Resposta
p = /21
20.Sub-redes IPv4
Resposta: x = 64
VLSM: cada LAN recebe a menor sub-rede com 2ʰ − 2 ≥ seu número de hosts, ou seja, prefixo 32 − h. Alocar primeiro as maiores sub-redes mantém cada bloco alinhado em um múltiplo do seu próprio tamanho, então os endereços de rede saem somando os tamanhos dos blocos.