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 −43 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 = −438 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
Você quer demonstrar ¬p → (q ∨ r) por contraposição. Qual implicação você demonstra em seu lugar? Clique nela.
¬p → (q ∨ r)
1¬p ∧ ¬(q ∨ r)
2¬(q ∨ r) → ¬¬p
3(q ∨ r) → ¬p
4¬¬p → ¬(q ∨ r)
4.Lógica proposicional e demonstraçõesDifícil
São dadas as premissas q ∨ p; ¬q ∨ r. Qual conclusão decorre delas? Clique nela.
q ∨ p¬q ∨ r
1p ∧ r
2¬p
3q ∨ r
4p ∨ r
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 = C, I₃ = C′. Para quantas das 8 combinações de A, B e C a saída vale F = 1? Encontre N.
I₀ = C′I₁ = CI₂ = CI₃ = C′
N =
6.Lógica digital: portas, mapas de Karnaugh e flip-flopsDifícil
Encontre a forma SOP mínima de F(A, B, C, D) = Σm(1, 2, 3, 6, 9, 10, 12, 14, 15) + d(4, 5, 7, 13), em que d marca as condições irrelevantes (don’t-care). Quantos termos produto N ela tem?
Encontre o inverso de 85 módulo 89: o número x com 0 < x < 89 e 85·x ≡ 1 (mod 89).
a = 85n = 89
85−1 mod 89 =
8.Teoria dos números e aritmética modularDifícil
Uma chave RSA usa os primos p = 17 e q = 29 e o expoente público e = 11. Encontre o expoente privado d (0 < d < φ(n)).
p = 17q = 29e = 11
d =
9.Algoritmos e complexidadeMédia
Qual algoritmo de ordenação é estável?
AQuicksort (versão in-place típica)
BHeap sort
CSelection sort (versão típica)
DMerge sort
10.Algoritmos e complexidadeDifícil
Quais duas coisas precisam ser mostradas para provar que um problema de decisão X é NP-completo?
AX está em NP, e um problema NP-completo conhecido se reduz a X em tempo polinomial
BX não tem algoritmo polinomial, e X é decidível
CX se reduz a um problema em P, e X está em NP
DX está em P, e X se reduz ao SAT
11.Estruturas de dadosMédia
O que acontece quando uma tabela hash faz rehash depois que o fator de carga passa de um limite?
AAs chaves mais antigas são apagadas para abrir espaço
BSó as chaves que colidiram são movidas para uma nova lista de overflow no fim da tabela
CUma tabela maior é alocada e todas as chaves são inseridas de novo
DAs chaves existentes são ordenadas no próprio lugar
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(log n)
DO(α(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| = 6|E| = 7
1Circuito euleriano
2Caminho euleriano, sem circuito
3nenhuma das duas
14.Teoria dos grafosDifícil
Use o algoritmo de Dijkstra para encontrar o comprimento d(F) do caminho mais curto de A até F no grafo ponderado.
início: Afim: F
d(F) =
15.Bases de dados e SQLMédia
Qual consulta retorna o maior salário de cada departamento?
ASELECT dept, MAX(salary) FROM emp GROUP BY dept
BSELECT dept, salary FROM emp WHERE salary = MAX(salary)
CSELECT dept, MAX(salary) FROM emp ORDER BY dept
DSELECT MAX(dept), salary FROM emp GROUP BY salary
16.Bases de dados e SQLDifícil
O que SELECT day, SUM(amount) OVER (ORDER BY day) FROM sales calcula?
AUm total acumulado de amount ordenado por day
BO total de todos os valores em cada linha
CUma linha por dia, só com o total daquele dia
DO valor médio por dia
17.Redes de computadoresMédia
Como o TLS normalmente usa a criptografia assimétrica e a simétrica?
AOs métodos assimétricos combinam chaves e autenticam; as cifras simétricas criptografam os dados
BUsa-se apenas criptografia assimétrica do início ao fim
COs métodos simétricos combinam chaves e autenticam; as cifras assimétricas criptografam todos os dados
DUsa-se apenas criptografia simétrica, com uma senha compartilhada fixa
18.Redes de computadoresDifícil
Como uma rede de distribuição de conteúdo (CDN) melhora principalmente o desempenho web?
ASubstitui o TCP por um protocolo de transporte mais rápido
BServe conteúdo em cache a partir de servidores próximos aos usuários
CAumenta a largura de banda das próprias conexões domésticas dos usuários
DElimina a necessidade de consultas DNS
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 10.20.76.42/30. Qual é o quarto octeto x do último endereço de host utilizável da sua sub-rede?
10.20.76.42/30
x =
3Soluções
1.Sistemas de numeração
Resposta: U = 213
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
43 = 0010 1011
invertido: 1101 0100
+1 → 1101 0101
Ler sem sinal
1101 0101₂ = 256 − 43 = 213
Resposta
U = 213
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: ¬(q ∨ r) → ¬¬p
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 = ¬p, b = q ∨ r
Contrapositiva
¬b → ¬a = ¬(q ∨ r) → ¬¬p
Resposta
¬(q ∨ r) → ¬¬p
A contrapositiva é equivalente à afirmação original, então demonstrá-la demonstra a afirmação.
4.Lógica proposicional e demonstrações
Resposta: p ∨ r
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.
Linhas com todas as premissas verdadeiras
p = 1, q = 1, r = 1: p ∧ r = 1, ¬p = 0, q ∨ r = 1, p ∨ r = 1
p = 1, q = 0, r = 1: p ∧ r = 1, ¬p = 0, q ∨ r = 1, p ∨ r = 1
p = 1, q = 0, r = 0: p ∧ r = 0, ¬p = 0, q ∨ r = 0, p ∨ r = 1
p = 0, q = 1, r = 1: p ∧ r = 0, ¬p = 1, q ∨ r = 1, p ∨ r = 1
Conclusão
p ∨ r (resolução)
Resposta
p ∨ r
5.Lógica digital: portas, mapas de Karnaugh e flip-flops
Resposta: N = 4
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′C + ABC′
Linhas com F = 1
ABC = 000, 011, 101, 110
N = 4
Resposta
N = 4
6.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.
Implicantes primos
Os maiores grupos que podem ser formados com 1s e Xs.
C′D, CD′, B, A′D, A′C
Cobertura mínima
F = C′D + CD′ + B + A′D
N = 4
Resposta
N = 4
Existe outro agrupamento do mesmo tamanho; ele tem o mesmo número de termos e de literais.
7.Teoria dos números e aritmética modular
Resposta: 85−1 mod 89 = 22
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·85 (mod 89).
r = 89, t = 0
r = 85, q = 1, t = 1
r = 4, q = 21, t = −1
r = 1, q = 4, t = 22
Inversa
1 ≡ 22·85 (mod 89)
x = 22
verificação: 85·22 = 1870 = 21·89 + 1
Resposta
85−1 mod 89 = 22
8.Teoria dos números e aritmética modular
Resposta: d = 163
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.
Módulo e totiente
n = 17·29 = 493
φ(n) = 16·28 = 448
Algoritmo de Euclides estendido
r = 448, t = 0
r = 11, q = 40, t = 1
r = 8, q = 1, t = −40
r = 3, q = 2, t = 41
r = 2, q = 1, t = −122
r = 1, q = 2, t = 163
Expoente privado
d = 163
verificação: 11·163 = 1793 = 4·448 + 1
Resposta
d = 163
9.Algoritmos e complexidade
Resposta: D · Merge sort
Porque é esta a resposta
O merge sort é estável quando, em caso de empate, a intercalação pega primeiro da metade esquerda. Quicksort in-place, heap sort e selection sort geralmente não são estáveis.
Resposta
D · Merge sort
10.Algoritmos e complexidade
Resposta: A · X está em NP, e um problema NP-completo conhecido se reduz a X em tempo polinomial
Porque é esta a resposta
A pertinência a NP mostra que X não é mais difícil que NP; a redução a partir de um problema NP-completo conhecido mostra que X é pelo menos tão difícil quanto todo NP.
Resposta
A · X está em NP, e um problema NP-completo conhecido se reduz a X em tempo polinomial
11.Estruturas de dados
Resposta: C · Uma tabela maior é alocada e todas as chaves são inseridas de novo
Porque é esta a resposta
Como o índice é calculado módulo o tamanho da tabela, todas as chaves precisam ser reinseridas na nova tabela maior; dobrando o tamanho, o custo continua O(1) amortizado.
Resposta
C · Uma tabela maior é alocada e todas as chaves são inseridas de novo
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: Caminho euleriano, sem circuito
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.
O caminho euleriano começa em um vértice ímpar e termina no outro.
14.Teoria dos grafos
Resposta: d(F) = 15
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: 13, C: 3
C (3): B: 11, E: 18, G: 9
G (9): E: 13
B (11): D: 17
E (13): F: 15
F (15)
D (17)
Caminho mais curto
A → C → G → E → F
d(F) = 15
Resposta
d(F) = 15
15.Bases de dados e SQL
Resposta: A · SELECT dept, MAX(salary) FROM emp GROUP BY dept
Porque é esta a resposta
GROUP BY dept cria um grupo por departamento e MAX(salary) escolhe o maior valor de cada um.
Resposta
A · SELECT dept, MAX(salary) FROM emp GROUP BY dept
16.Bases de dados e SQL
Resposta: A · Um total acumulado de amount ordenado por day
Porque é esta a resposta
Com ORDER BY e sem frame explícito, a janela vai da primeira linha até a linha atual (e seus empates), o que dá uma soma acumulada.
Resposta
A · Um total acumulado de amount ordenado por day
17.Redes de computadores
Resposta: A · Os métodos assimétricos combinam chaves e autenticam; as cifras simétricas criptografam os dados
Porque é esta a resposta
Métodos de chave pública e certificados estabelecem um segredo compartilhado e comprovam a identidade. Cifras simétricas rápidas, como o AES, protegem então o grosso dos dados.
Resposta
A · Os métodos assimétricos combinam chaves e autenticam; as cifras simétricas criptografam os dados
18.Redes de computadores
Resposta: B · Serve conteúdo em cache a partir de servidores próximos aos usuários
Porque é esta a resposta
As CDNs colocam cópias do conteúdo em muitos locais de borda e direcionam os usuários, muitas vezes via DNS, a um servidor próximo. Isso reduz a latência e a carga na origem.
Resposta
B · Serve conteúdo em cache a partir de servidores próximos aos usuários
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 = 42
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).