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
O padrão de 8 bits 0110 0111 guarda um inteiro com sinal em complemento para dois. Qual é o seu valor N em decimal?
0110 01118 bit
N =
2.Sistemas de numeraçãoDifícil
Defina os bits com o resultado de 8 bits de 1110 0001 XOR 1010 0100. Qual é o valor R do resultado em decimal?
1110 0001XOR1010 0100
R =
3.Lógica proposicional e demonstraçõesMédia
r → (r ∧ p) é uma tautologia, uma contradição ou uma contingência? Clique na sua resposta.
r → (r ∧ p)
1tautologia
2contradição
3contingência
4.Lógica proposicional e demonstraçõesDifícil
O argumento com premissas b → a; a e conclusão b é inválido. Clique na linha da tabela-verdade que é um contraexemplo.
b → aa∴ b
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 = 1, I₂ = C′, I₃ = C′. Para quantas das 8 combinações de A, B e C a saída vale F = 1? Encontre N.
I₀ = C′I₁ = 1I₂ = C′I₃ = 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, 4, 5, 9, 11, 12) + d(0, 3), em que d marca as condições irrelevantes (don’t-care). Quantos literais L ela contém?
F(A, B, C, D) = Σm(1, 4, 5, 9, 11, 12) + d(0, 3)
L =
7.Teoria dos números e aritmética modularMédia
Encontre a função totiente de Euler φ(99), o número de inteiros de 1 a 99 que são coprimos com 99.
n = 99 = 32·11
φ(99) =
8.Teoria dos números e aritmética modularDifícil
Cifre a mensagem m = 968 com a chave pública RSA (n, e) = (1189, 11). Encontre o texto cifrado c.
n = 1189e = 11m = 968
c =
9.Algoritmos e complexidadeMédia
Qual algoritmo encontra os caminhos mínimos a partir de uma origem em um grafo com pesos de arestas não negativos?
AAlgoritmo de Kruskal
BBusca em profundidade (DFS)
CBellman-Ford é necessário em todos os casos
DAlgoritmo de Dijkstra
10.Algoritmos e complexidadeDifícil
Quais duas coisas precisam ser mostradas para provar que um problema de decisão X é NP-completo?
AX não tem algoritmo polinomial, e X é decidível
BX está em NP, e um problema NP-completo conhecido se reduz a X em tempo polinomial
CX está em P, e X se reduz ao SAT
DX se reduz a um problema em P, e X está em NP
11.Estruturas de dadosMédia
Quanta memória uma lista de adjacência usa para um grafo com V vértices e E arestas?
AO(V × E)
BO(V²)
CO(E²)
DO(V + E)
12.Estruturas de dadosDifícil
Em um buffer circular, front == rear pode significar vazio ou cheio. Qual é uma forma comum de distinguir os dois casos?
AManter uma contagem separada de elementos, ou sempre deixar uma posição sem uso
BFazer o tamanho do buffer ser uma potência de dois
CSempre limpar o buffer quando front for igual a rear, de modo que o estado seja vazio
DGuardar front e rear na mesma variável
13.Teoria dos grafosMédia
Uma árvore tem 3 vértices de grau 3, 3 vértices de grau 4, 3 vértices de grau 5, 3 vértices de grau 2, e todos os seus outros vértices são folhas (grau 1). Quantas folhas L ela tem?
3 × deg 33 × deg 43 × deg 53 × deg 2
L =
14.Teoria dos grafosDifícil
Encontre o peso total W de uma árvore geradora mínima do grafo ponderado.
|V| = 5|E| = 7
W =
15.Bases de dados e SQLMédia
A tabela a tem 3 linhas e a tabela b tem 4 linhas. Quantas linhas SELECT * FROM a CROSS JOIN b retorna?
A12
B3
C7
D4
16.Bases de dados e SQLDifícil
Quando a decomposição de R em R1 e R2 é garantidamente sem perdas?
AQuando R1 e R2 têm o mesmo número de colunas
BQuando os atributos comuns de R1 e R2 formam uma superchave de R1 ou de R2
CQuando todo atributo de R aparece em R1 e em R2
DQuando R1 e R2 não têm atributos em comum
17.Redes de computadoresMédia
Por que um switch às vezes envia um quadro por todas as portas, exceto aquela pela qual ele entrou?
AO switch está atuando como roteador
BO quadro tem uma soma de verificação IP errada e deve ser examinado por todos os hosts
CO endereço MAC de destino ainda não está em sua tabela de endereços
DO quadro é grande demais para uma porta
18.Redes de computadoresDifícil
O que a troca de chaves Diffie-Hellman alcança por si só, e qual é sua fraqueza?
ACombina um segredo compartilhado por um canal público, mas sozinha fica exposta a um man-in-the-middle
BAutentica os dois usuários com senhas, mas precisa de um servidor central
CAssina certificados para sites, mas só funciona com chaves curtas
DCriptografa diretamente grandes volumes de dados por um canal público, mas é lenta demais para arquivos grandes e vídeo
19.Sub-redes IPv4Média
A rede 192.168.108.0/24 é dividida em sub-redes /28, numeradas 1, 2, 3, … a partir do menor endereço (a sub-rede 1 começa em .0). Qual é o quarto octeto x do endereço de broadcast da sub-rede 2?
192.168.108.0/24/28sub-rede 2 (a sub-rede 1 começa em .0)
x =
20.Sub-redes IPv4Difícil
Um roteador tem rotas para estas redes: 10.75.140.0/24, 10.75.141.0/24, 10.75.142.0/24, 10.75.143.0/24, 10.75.144.0/24, 10.75.145.0/24, 10.75.146.0/24. Qual é o maior comprimento de prefixo p de uma única rota sumarizada que cubra todas elas?
10.75.140.0/24 … 10.75.146.0/24
p =
3Soluções
1.Sistemas de numeração
Resposta: N = 103
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.
Somar os pesos
Os restantes bits mantêm os seus valores positivos normais.
64 + 32 + 4 + 2 + 1 = 103
Resposta
N = 103
2.Sistemas de numeração
Resposta: R = 69
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
XOR dá 1 onde os dois bits são diferentes.
1110 0001
XOR 1010 0100
= 0100 0101
Valor do resultado
0100 0101₂ = 69
Resposta
R = 69
3.Lógica proposicional e demonstrações
Resposta: contingência
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
p = 1, r = 1: r ∧ p = 1, r → (r ∧ p) = 1
p = 1, r = 0: r ∧ p = 0, r → (r ∧ p) = 1
p = 0, r = 1: r ∧ p = 0, r → (r ∧ p) = 0
p = 0, r = 0: r ∧ p = 0, r → (r ∧ p) = 1
Classifique
r → (r ∧ p): 1, 1, 0, 1
1 em 3 das 4 linhas, 0 nas outras: uma contingência.
Resposta
contingência
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 1 | 1
a = 1, b = 0: 1 1 | 0
a = 0, b = 1: 0 0 | 1
a = 0, b = 0: 1 0 | 0
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′B + AB′C′ + ABC′
Linhas com F = 1
ABC = 000, 010, 011, 100, 110
N = 5
Resposta
N = 5
6.Lógica digital: portas, mapas de Karnaugh e flip-flops
Resposta: L = 7
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, BC′D′, A′C′
Cobertura mínima
F = B′D + BC′D′ + A′C′
L = 7
Resposta
L = 7
7.Teoria dos números e aritmética modular
Resposta: φ(99) = 60
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
99 = 32·11
Totiente
φ(99) = φ(11)·φ(9) = 10·6 = 60
Resposta
φ(99) = 60
8.Teoria dos números e aritmética modular
Resposta: c = 271
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.
Elevação ao quadrado repetida
11 = 8 + 2 + 1
9681 ≡ 968 (mod 1189)
9682 ≡ 92 (mod 1189)
9684 ≡ 141 (mod 1189)
9688 ≡ 857 (mod 1189)
96811 ≡ 968·92·857 ≡ 271 (mod 1189)
Texto cifrado
c = 271
Resposta
c = 271
9.Algoritmos e complexidade
Resposta: D · Algoritmo de Dijkstra
Porque é esta a resposta
O algoritmo de Dijkstra funciona com pesos não negativos; Bellman-Ford lida com pesos negativos; Kruskal constrói árvores geradoras mínimas.
Resposta
D · Algoritmo de Dijkstra
10.Algoritmos e complexidade
Resposta: B · 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
B · X está em NP, e um problema NP-completo conhecido se reduz a X em tempo polinomial
11.Estruturas de dados
Resposta: D · O(V + E)
Porque é esta a resposta
Cada vértice tem uma lista e cada aresta aparece uma vez (direcionado) ou duas (não direcionado), o que dá O(V + E).
Resposta
D · O(V + E)
12.Estruturas de dados
Resposta: A · Manter uma contagem separada de elementos, ou sempre deixar uma posição sem uso
Porque é esta a resposta
Com uma contagem, vazio significa count = 0 e cheio significa count = capacidade; com uma posição vazia, cheio é definido como (rear + 1) mod n == front.
Resposta
A · Manter uma contagem separada de elementos, ou sempre deixar uma posição sem uso
13.Teoria dos grafos
Resposta: L = 20
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 + 42 = 2(L + 12) − 2
L = 20
Resposta
L = 20
Atalho: L = 2 + Σ (d − 2) sobre os vértices de grau d ≥ 3.
14.Teoria dos grafos
Resposta: W = 41
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
CE (4): tomar
BD (8): tomar
BE (11): tomar
DE (15): descartar, fecha um ciclo
BC (17): descartar, fecha um ciclo
AC (18): tomar
Peso total
W = 4 + 8 + 11 + 18 = 41
Resposta
W = 41
15.Bases de dados e SQL
Resposta: A · 12
Porque é esta a resposta
Um cross join dá o produto cartesiano, 3 × 4 = 12 linhas.
Resposta
A · 12
16.Bases de dados e SQL
Resposta: B · Quando os atributos comuns de R1 e R2 formam uma superchave de R1 ou de R2
Porque é esta a resposta
Se os atributos compartilhados determinam todos os atributos de R1 ou de R2, juntá-las de novo produz exatamente as linhas originais, sem tuplas espúrias.
Resposta
B · Quando os atributos comuns de R1 e R2 formam uma superchave de R1 ou de R2
17.Redes de computadores
Resposta: C · O endereço MAC de destino ainda não está em sua tabela de endereços
Porque é esta a resposta
Para um endereço unicast desconhecido, o switch inunda (flooding) o quadro. Quando o destino responde, o switch aprende sua porta a partir do MAC de origem.
Resposta
C · O endereço MAC de destino ainda não está em sua tabela de endereços
18.Redes de computadores
Resposta: A · Combina um segredo compartilhado por um canal público, mas sozinha fica exposta a um man-in-the-middle
Porque é esta a resposta
O Diffie-Hellman permite a duas partes derivar o mesmo segredo, que os bisbilhoteiros não conseguem calcular. Um atacante no meio pode conduzir trocas separadas com cada lado, a menos que os valores sejam assinados ou autenticados de outra forma.
Resposta
A · Combina um segredo compartilhado por um canal público, mas sozinha fica exposta a um man-in-the-middle
19.Sub-redes IPv4
Resposta: x = 31
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).
Tamanho do bloco
24 = 16
Sub-rede número 2
rede: (2 − 1)·16 = 16
broadcast: 16 + 16 − 1 = 31
Resposta
x = 31
20.Sub-redes IPv4
Resposta: p = 19
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
140 = 10001100
146 = 10010010
bits iniciais em comum: 3
Comprimento do prefixo
p = 16 + 3 = 19
Resposta
p = /19
Rota sumarizada: 10.75.128.0/19 (ela também cobre 25 rede(s) que não estão na lista).