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 −25 em complemento de dois de 8 bits. Lido como um número sem sinal, qual é o valor U do padrão?
N = −258 bit
U =
2.Sistemas de numeraçãoDifícil
Defina os bits com o resultado de 8 bits de 1100 0010 >> 3. Qual é o valor R do resultado em decimal?
1100 0010>> 3
R =
3.Lógica proposicional e demonstraçõesMédia
Qual fórmula é logicamente equivalente a ¬(a → c)? Clique nela.
¬(a → c)
1¬a ∨ ¬c
2a ∧ ¬c
3a → ¬c
4¬a → ¬c
4.Lógica proposicional e demonstraçõesDifícil
Quantas das 16 linhas da tabela-verdade tornam ((c ∧ a) ∧ (c ∧ d)) ∨ ((b ∧ a) ∨ d) verdadeira? Chame esse número de N.
((c ∧ a) ∧ (c ∧ d)) ∨ ((b ∧ a) ∨ d)
N =
5.Lógica digital: portas, mapas de Karnaugh e flip-flopsMédia
Simplifique F = BC′ + A′B′C′ + AB′C′ até a sua forma mínima em soma de produtos. Quantos literais L a expressão simplificada contém?
F = BC′ + A′B′C′ + AB′C′
L =
6.Lógica digital: portas, mapas de Karnaugh e flip-flopsDifícil
Um clock de 1 kHz aciona um contador mod-60. Encontre a frequência fout da sua saída mais significativa, que completa um ciclo por ciclo de contagem.
fclk = 1 kHzN = 60
fout = kHz
7.Teoria dos números e aritmética modularMédia
Encontre o inverso de 41 módulo 51: o número x com 0 < x < 51 e 41·x ≡ 1 (mod 51).
a = 41n = 51
41−1 mod 51 =
8.Teoria dos números e aritmética modularDifícil
53 é primo. Use o pequeno teorema de Fermat para encontrar 1628830 mod 53.
p = 53k = 28830
1628830 mod 53 =
9.Algoritmos e complexidadeMédia
A recorrência T(n) = 2T(n/2) + O(n) tem como solução:
AO(log n)
BO(n)
CO(n log n)
DO(n²)
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?
APorque só funciona para W = 0
BW é um número, então o tempo é exponencial no número de bits usados para escrever W
CPorque n é sempre pequeno
DPorque o algoritmo é aleatorizado e seu tempo de execução varia a cada entrada
11.Estruturas de dadosMédia
Quanto tempo leva verificar se a aresta (u, v) existe usando uma matriz de adjacência?
AO(E)
BO(log V)
CO(V)
DO(1)
12.Estruturas de dadosDifícil
Um nó AVL está desbalanceado porque a subárvore direita do seu filho esquerdo ficou alta demais (caso esquerda-direita). Qual correção é aplicada?
AUma rotação à esquerda no filho esquerdo e depois uma à direita no nó
BUma rotação simples à direita no nó
CUma rotação à direita no filho esquerdo e depois uma à esquerda no nó
DUma rotação simples à esquerda no nó
13.Teoria dos grafosMédia
Uma árvore tem 3 vértices de grau 3, 3 vértices de grau 4, 2 vértices de grau 5, e todos os seus outros vértices são folhas (grau 1). Quantas folhas L ela tem?
3 × deg 33 × deg 42 × deg 5
L =
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
A terceira forma normal (3FN) elimina:
AValores atômicos
BÍndices redundantes em colunas que não fazem parte de uma chave
CDependências transitivas entre atributos não chave
DChaves compostas
16.Bases de dados e SQLDifícil
O que a consulta a seguir retorna: SELECT name FROM students WHERE grade > (SELECT AVG(grade) FROM students)?
AOs alunos com nota acima da nota média
BUm erro, porque subconsultas não são permitidas em WHERE
CA nota média de todos os alunos
DApenas os alunos com a nota mais alta
17.Redes de computadoresMédia
Qual máscara de sub-rede corresponde a /20?
A255.255.248.0
B255.255.224.0
C255.255.240.0
D255.255.255.240
18.Redes de computadoresDifícil
Por que o IPv6 não precisa de NAT por falta de endereços?
AO IPv6 só funciona em redes locais, então os endereços nunca precisam ser compartilhados globalmente
BO IPv6 não usa endereços
CSeu espaço de endereçamento de 128 bits é grande o bastante para dar a cada dispositivo um endereço global
DO IPv6 criptografa todos os endereços
19.Sub-redes IPv4Média
A rede 192.168.10.0/24 tem de ser dividida em pelo menos 3 sub-redes iguais. Se pedir emprestados o menor número de bits possível, quantos hosts utilizáveis H tem cada sub-rede?
192.168.10.0/243 subnets
H =
20.Sub-redes IPv4Difícil
Um roteador tem rotas para estas redes: 10.149.59.0/24, 10.149.60.0/24, 10.149.61.0/24, 10.149.62.0/24, 10.149.63.0/24, 10.149.64.0/24, 10.149.65.0/24. Qual é o maior comprimento de prefixo p de uma única rota sumarizada que cubra todas elas?
10.149.59.0/24 … 10.149.65.0/24
p =
3Soluções
1.Sistemas de numeração
Resposta: U = 231
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
25 = 0001 1001
invertido: 1110 0110
+1 → 1110 0111
Ler sem sinal
1110 0111₂ = 256 − 25 = 231
Resposta
U = 231
2.Sistemas de numeração
Resposta: R = 24
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 3 move cada bit 3 posições para a direita; os bits que saem pela extremidade direita se perdem e entram zeros pela esquerda.
1100 0010 >> 3
= 0001 1000
Valor do resultado
0001 1000₂ = 24
Resposta
R = 24
3.Lógica proposicional e demonstrações
Resposta: a ∧ ¬c
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).
A lei
¬(a → b) ≡ ¬(¬a ∨ b) ≡ a ∧ ¬b: a única linha em que uma implicação falha.
¬(a → c) ≡ a ∧ ¬c
Confira com a tabela-verdade
a = 1, c = 1: 0 | 0 0 0 1
a = 1, c = 0: 1 | 1 1 1 1
a = 0, c = 1: 0 | 1 0 1 0
a = 0, c = 0: 0 | 1 0 1 1
Resposta
a ∧ ¬c
As colunas depois da barra são as alternativas na ordem mostrada.
4.Lógica proposicional e demonstrações
Resposta: N = 10
Tabelas-verdade: uma fórmula com n variáveis diferentes tem 2ⁿ linhas, uma para cada combinação de valores lógicos (1 = verdadeiro, 0 = falso). Trabalhe de dentro para fora e dê a cada subfórmula a sua própria coluna. ¬a inverte o valor; a ∧ b vale 1 somente quando ambos valem 1; a ∨ b vale 0 somente quando ambos valem 0; a → b vale 0 somente quando a = 1 e b = 0; a ↔ b vale 1 quando os dois lados são iguais.
Colunas
c ∧ a; c ∧ d; (c ∧ a) ∧ (c ∧ d); b ∧ a; (b ∧ a) ∨ d; ((c ∧ a) ∧ (c ∧ d)) ∨ ((b ∧ a) ∨ d)
Divida em a
a = 1: 6
a = 0: 4
N = 6 + 4 = 10
Resposta
N = 10
5.Lógica digital: portas, mapas de Karnaugh e flip-flops
Resposta: L = 1
Álgebra booleana: as regras que simplificam expressões são X + X′ = 1 e X·X′ = 0, X + X = X, a absorção X + X·Y = X, a regra de combinação X·Y + X·Y′ = X, X + X′Y = X + Y e o teorema do consenso XY + X′Z + YZ = XY + X′Z. As leis de De Morgan transformam (X·Y)′ em X′ + Y′ e (X + Y)′ em X′·Y′. Um mapa de Karnaugh aplica essas regras graficamente: cada grupo de duas células vizinhas é um uso de XY + XY′ = X.
Mintermos da expressão
BC′ → m(2, 6)
A′B′C′ → m(0)
AB′C′ → m(4)
Agrupe e leia
F = C′
Conte os literais
L = 1
Resposta
L = 1
6.Lógica digital: portas, mapas de Karnaugh e flip-flops
Resposta: fout = 0,01667 kHz
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.
Divisão de frequência
fout = 1 kHz / 60 = 0,01667 kHz
Resposta
fout = 0,01667 kHz
7.Teoria dos números e aritmética modular
Resposta: 41−1 mod 51 = 5
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·41 (mod 51).
r = 51, t = 0
r = 41, q = 1, t = 1
r = 10, q = 4, t = −1
r = 1, q = 10, t = 5
Inversa
1 ≡ 5·41 (mod 51)
x = 5
verificação: 41·5 = 205 = 4·51 + 1
Resposta
41−1 mod 51 = 5
8.Teoria dos números e aritmética modular
Resposta: 1628830 mod 53 = 36
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
28830 mod 52 = 22
1628830 ≡ 1622 (mod 53)
Potência pequena
1622 mod 53 = 36
Resposta
1628830 mod 53 = 36
9.Algoritmos e complexidade
Resposta: C · O(n log n)
Porque é esta a resposta
Pelo teorema mestre (a = 2, b = 2, f(n) = n), T(n) = Θ(n log n).
Resposta
C · O(n log n)
10.Algoritmos e complexidade
Resposta: B · 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
B · W é um número, então o tempo é exponencial no número de bits usados para escrever W
11.Estruturas de dados
Resposta: D · O(1)
Porque é esta a resposta
A entrada na linha u, coluna v da matriz diz imediatamente se a aresta existe; uma lista de adjacência pode precisar percorrer os vizinhos de u.
Resposta
D · O(1)
12.Estruturas de dados
Resposta: A · Uma rotação à esquerda no filho esquerdo e depois uma à direita no nó
Porque é esta a resposta
A primeira rotação converte o caso esquerda-direita em um caso esquerda-esquerda, que uma rotação à direita no nó desbalanceado então corrige.
Resposta
A · Uma rotação à esquerda no filho esquerdo e depois uma à direita no nó
13.Teoria dos grafos
Resposta: L = 17
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.
Lema do aperto de mãos para uma árvore
L + 31 = 2(L + 8) − 2
L = 17
Resposta
L = 17
Atalho: L = 2 + Σ (d − 2) sobre os vértices de grau d ≥ 3.
14.Teoria dos grafos
Resposta: d(F) = 29
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: 15, C: 14
C (14): E: 19, G: 16
B (15): D: 20
G (16)
E (19): F: 29
D (20)
F (29)
Caminho mais curto
A → C → E → F
d(F) = 29
Resposta
d(F) = 29
15.Bases de dados e SQL
Resposta: C · Dependências transitivas entre atributos não chave
Porque é esta a resposta
Na 3FN nenhum atributo não chave depende de outro atributo não chave, como ao armazenar cidade e CEP quando a cidade depende do CEP.
Resposta
C · Dependências transitivas entre atributos não chave
16.Bases de dados e SQL
Resposta: A · Os alunos com nota acima da nota média
Porque é esta a resposta
A subconsulta escalar calcula a média, e a consulta externa mantém os alunos acima dela.
Resposta
A · Os alunos com nota acima da nota média
17.Redes de computadores
Resposta: C · 255.255.240.0
Porque é esta a resposta
/20 significa 8 + 8 + 4 bits em 1. Quatro bits em 1 no terceiro octeto são 11110000 = 240, então a máscara é 255.255.240.0.
Resposta
C · 255.255.240.0
18.Redes de computadores
Resposta: C · Seu espaço de endereçamento de 128 bits é grande o bastante para dar a cada dispositivo um endereço global
Porque é esta a resposta
O IPv6 tem cerca de 3,4 × 10³⁸ endereços, então a escassez que motivou o NAT no IPv4 desaparece; os firewalls continuam garantindo a segurança.
Resposta
C · Seu espaço de endereçamento de 128 bits é grande o bastante para dar a cada dispositivo um endereço global
19.Sub-redes IPv4
Resposta: H = 62
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
22 = 4 ≥ 3 → b = 2, /26
Hosts por sub-rede
26 − 2 = 62
Resposta
H = 62
20.Sub-redes IPv4
Resposta: p = 17
Sumarização de rotas: uma rota sumarizada a.b.c.0/p cobre todas as redes cujos primeiros p bits coincidem. Escreva em binário o octeto que difere entre a primeira e a última rede; o número de bits iniciais em comum, mais os bits dos octetos anteriores, é o maior prefixo de sumarização.
Compare os bits
59 = 00111011
65 = 01000001
bits iniciais em comum: 1
Comprimento do prefixo
p = 16 + 1 = 17
Resposta
p = /17
Rota sumarizada: 10.149.0.0/17 (ela também cobre 121 rede(s) que não estão na lista).