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 −88 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 = −888 bit
U =
2.Sistemas de numeraçãoDifícil
Defina os bits com o resultado de 8 bits de 1001 1111 >> 1. Qual é o valor R do resultado em decimal?
1001 1111>> 1
R =
3.Lógica proposicional e demonstraçõesMédia
(c ∧ b) → c é uma tautologia, uma contradição ou uma contingência? Clique na sua resposta.
(c ∧ b) → c
1tautologia
2contradição
3contingência
4.Lógica proposicional e demonstraçõesDifícil
O argumento com premissas r → (p ∨ q); r e conclusão p é inválido. Clique na linha da tabela-verdade que é um contraexemplo.
r → (p ∨ q)r∴ p
1p = 1, q = 1, r = 1
2p = 1, q = 1, r = 0
3p = 1, q = 0, r = 1
4p = 1, q = 0, r = 0
5p = 0, q = 1, r = 1
6p = 0, q = 1, r = 0
7p = 0, q = 0, r = 1
8p = 0, q = 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, 4, 7). Quantos termos produto N ela tem?
F(A, B, C) = Σm(1, 2, 4, 7)
N =
6.Lógica digital: portas, mapas de Karnaugh e flip-flopsDifícil
Encontre a forma SOP mínima de F(A, B, C, D) = Σm(0, 1, 3, 5, 6, 12, 14, 15) + d(9, 11), em que d marca as condições irrelevantes (don’t-care). Quantos termos produto N ela tem?
Encontre a função totiente de Euler φ(1183), o número de inteiros de 1 a 1183 que são coprimos com 1183.
n = 1183 = 7·132
φ(1183) =
8.Teoria dos números e aritmética modularDifícil
89 é primo. Use o pequeno teorema de Fermat para encontrar 1569027 mod 89.
p = 89k = 69027
1569027 mod 89 =
9.Algoritmos e complexidadeMédia
Um quicksort usa sempre o primeiro elemento como pivô. Com qual entrada ele apresenta o comportamento de pior caso?
AUm array que já está ordenado
BUm array com todos os elementos diferentes
CUm array de tamanho 2
DUm array em ordem aleatória
10.Algoritmos e complexidadeDifícil
Qual técnica dá ao quicksort um tempo de execução esperado O(n log n) para qualquer entrada?
AEscolher o pivô de forma uniformemente aleatória
BOrdenar a entrada antes de executar o quicksort
CUsar recursão apenas no lado esquerdo
DSempre escolher o primeiro elemento
11.Estruturas de dadosMédia
Um buffer circular (ring buffer) é comumente usado para implementar:
AUm percurso em grafo
BUma fila de tamanho fixo
CUma árvore binária de busca
DUma função hash
12.Estruturas de dadosDifícil
Sem união por posto nem compressão de caminho, qual é o custo no pior caso de um único find em uma estrutura union-find com n elementos?
AO(n)
BO(1)
CO(α(n))
DO(log n)
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| = 5|E| = 5
1Circuito euleriano
2Caminho euleriano, sem circuito
3nenhuma das duas
14.Teoria dos grafosDifícil
Encontre o peso total W de uma árvore geradora mínima do grafo ponderado.
|V| = 7|E| = 10
W =
15.Bases de dados e SQLMédia
Uma tabela armazena o endereço do cliente em cada linha de pedido. Alterar o endereço numa linha, mas não nas outras, é um exemplo de:
ALeitura fantasma
BAnomalia de inserção
CAnomalia de atualização
DAnomalia de exclusão
16.Bases de dados e SQLDifícil
x é NULL e y = 1. Qual é o valor da condição (x > 5 OR y = 1)?
ATRUE
BNULL, então a linha é sempre rejeitada
CFALSE
DUNKNOWN
17.Redes de computadoresMédia
Qual é o endereço de loopback do IPv6?
Afe80::1
Bff02::1
C::
D::1
18.Redes de computadoresDifícil
Após colisões repetidas, as estações Ethernet clássicas escolhem seu tempo de espera em uma faixa que dobra a cada vez. Por quê?
APara dar prioridade no cabo compartilhado à estação com o maior endereço MAC
BPara sincronizar todas as estações em um único relógio
CPara fazer o cabo levar os sinais mais longe
DPara reduzir a chance de colidir de novo quando muitas estações competem
19.Sub-redes IPv4Média
A rede 192.168.10.0/24 tem de ser dividida em pelo menos 30 sub-redes iguais. Se pedir emprestados o menor número de bits possível, quantos hosts utilizáveis H tem cada sub-rede?
192.168.10.0/2430 subnets
H =
20.Sub-redes IPv4Difícil
Um host tem o endereço 10.20.83.221/30. Qual é o último número (quarto octeto) x do endereço de broadcast da sua sub-rede?
10.20.83.221/30
x =
3Soluções
1.Sistemas de numeração
Resposta: U = 168
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
88 = 0101 1000
invertido: 1010 0111
+1 → 1010 1000
Ler sem sinal
1010 1000₂ = 256 − 88 = 168
Resposta
U = 168
2.Sistemas de numeração
Resposta: R = 79
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.
Bit a bit
Deslocar para a direita por 1 move cada bit 1 posições para a direita; os bits que saem pela extremidade direita se perdem e entram zeros pela esquerda.
1001 1111 >> 1
= 0100 1111
Valor do resultado
0100 1111₂ = 79
Resposta
R = 79
3.Lógica proposicional e demonstrações
Resposta: tautologia
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
b = 1, c = 1: c ∧ b = 1, (c ∧ b) → c = 1
b = 1, c = 0: c ∧ b = 0, (c ∧ b) → c = 1
b = 0, c = 1: c ∧ b = 0, (c ∧ b) → c = 1
b = 0, c = 0: c ∧ b = 0, (c ∧ b) → c = 1
Classifique
(c ∧ b) → c: 1, 1, 1, 1
1 em todas as linhas: uma tautologia.
Resposta
tautologia
4.Lógica proposicional e demonstrações
Resposta: p = 0, 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
p = 1, q = 1, r = 1: 1 1 | 1
p = 1, q = 1, r = 0: 1 0 | 1
p = 1, q = 0, r = 1: 1 1 | 1
p = 1, q = 0, r = 0: 1 0 | 1
p = 0, q = 1, r = 1: 1 1 | 0
p = 0, q = 1, r = 0: 1 0 | 0
p = 0, q = 0, r = 1: 0 1 | 0
p = 0, q = 0, r = 0: 1 0 | 0
Contraexemplo
p = 0, q = 1, r = 1
Resposta
p = 0, 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: N = 4
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.
A′B′C
A′BC′
AB′C′
ABC
Forma SOP mínima
F = A′B′C + A′BC′ + AB′C′ + ABC
N = 4
Resposta
N = 4
6.Lógica digital: portas, mapas de Karnaugh e flip-flops
Resposta: N = 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.
Implicantes primos
Os maiores grupos que podem ser formados com 1s e Xs.
B′D, BCD′, A′C′D, ACD, ABD′, A′B′C′, ABC
Cobertura mínima
F = B′D + BCD′ + A′C′D + ACD + ABD′ + A′B′C′
N = 6
Resposta
N = 6
Existe outro agrupamento do mesmo tamanho; ele tem o mesmo número de termos e de literais.
7.Teoria dos números e aritmética modular
Resposta: φ(1183) = 936
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).
Fatores primos
1183 = 7·132
Totiente
φ(1183) = φ(7)·φ(169) = 6·156 = 936
Resposta
φ(1183) = 936
8.Teoria dos números e aritmética modular
Resposta: 1569027 mod 89 = 41
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
69027 mod 88 = 35
1569027 ≡ 1535 (mod 89)
Potência pequena
1535 mod 89 = 41
Resposta
1569027 mod 89 = 41
9.Algoritmos e complexidade
Resposta: A · Um array que já está ordenado
Porque é esta a resposta
Com entrada ordenada, o pivô é sempre o mínimo, então um lado fica vazio e o outro tem n − 1 elementos, o que dá O(n²).
Resposta
A · Um array que já está ordenado
10.Algoritmos e complexidade
Resposta: A · Escolher o pivô de forma uniformemente aleatória
Porque é esta a resposta
Com um pivô aleatório, o tempo esperado é O(n log n) para toda entrada; casos ruins ainda existem, mas são muito improváveis.
Resposta
A · Escolher o pivô de forma uniformemente aleatória
11.Estruturas de dados
Resposta: B · Uma fila de tamanho fixo
Porque é esta a resposta
Um buffer circular usa índices de início e fim que dão a volta, oferecendo enqueue e dequeue em O(1) com memória fixa.
Resposta
B · Uma fila de tamanho fixo
12.Estruturas de dados
Resposta: A · O(n)
Porque é esta a resposta
Uniões ingênuas podem ligar as árvores em uma longa cadeia, então o find pode seguir n − 1 ponteiros para o pai; as duas heurísticas o deixam perto de constante.
Resposta
A · O(n)
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.
Algoritmo de Kruskal
BC (1): tomar
GB (2): tomar
EF (3): tomar
DF (6): tomar
DE (8): descartar, fecha um ciclo
GC (11): descartar, fecha um ciclo
AB (13): tomar
BD (14): tomar
Peso total
W = 1 + 2 + 3 + 6 + 13 + 14 = 39
Resposta
W = 39
15.Bases de dados e SQL
Resposta: C · Anomalia de atualização
Porque é esta a resposta
O armazenamento redundante significa que uma alteração tem de ser feita em muitas linhas; esquecer algumas deixa os dados inconsistentes, o que a normalização evita.
Resposta
C · Anomalia de atualização
16.Bases de dados e SQL
Resposta: A · TRUE
Porque é esta a resposta
x > 5 é UNKNOWN, mas OR com TRUE é TRUE de qualquer forma, então a linha é mantida; da mesma forma, UNKNOWN AND FALSE seria FALSE.
Resposta
A · TRUE
17.Redes de computadores
Resposta: D · ::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
D · ::1
18.Redes de computadores
Resposta: D · Para reduzir a chance de colidir de novo quando muitas estações competem
Porque é esta a resposta
Cada nova colisão sugere mais disputa, então a faixa aleatória cresce e as estações têm maior probabilidade de escolher slots diferentes. Isso se adapta à carga sem controle central.
Resposta
D · Para reduzir a chance de colidir de novo quando muitas estações competem
19.Sub-redes IPv4
Resposta: H = 6
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
25 = 32 ≥ 30 → b = 5, /29
Hosts por sub-rede
23 − 2 = 6
Resposta
H = 6
20.Sub-redes IPv4
Resposta: x = 223
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).