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 −10 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 = −108 bit
U =
2.Sistemas de numeraçãoDifícil
Um sistema tem de dar a cada um de 3411 elementos um código binário próprio, todos com o mesmo comprimento. Qual é o menor número de bits b necessário?
3411
b = bit
3.Lógica proposicional e demonstraçõesMédia
Qual fórmula é logicamente equivalente a ¬(p → q)? Clique nela.
¬(p → q)
1¬p → ¬q
2¬p ∨ ¬q
3p ∧ ¬q
4¬p ∧ q
4.Lógica proposicional e demonstraçõesDifícil
Quantas das 16 linhas da tabela-verdade tornam (p ∨ (q ∨ r)) → (¬p → (r ∧ ¬s)) verdadeira? Chame esse número de N.
(p ∨ (q ∨ r)) → (¬p → (r ∧ ¬s))
N =
5.Lógica digital: portas, mapas de Karnaugh e flip-flopsMédia
Use o mapa de Karnaugh para encontrar a forma mínima em produto de somas (POS) de F(A, B, C, D) = Σm(0, 2, 3, 5, 8, 9, 10, 11, 12, 15). Quantos termos soma (fatores) N ela tem?
6.Lógica digital: portas, mapas de Karnaugh e flip-flopsDifícil
Para F(A, B, C, D) = Σm(2, 5, 6, 7, 9, 10, 12, 13, 14) + d(0, 3, 4, 8), em que d marca as condições irrelevantes (don’t-care), encontre o número N de implicantes primos essenciais.
Encontre o inverso de 38 módulo 43: o número x com 0 < x < 43 e 38·x ≡ 1 (mod 43).
a = 38n = 43
38−1 mod 43 =
8.Teoria dos números e aritmética modularDifícil
Cifre a mensagem m = 41 com a chave pública RSA (n, e) = (65, 5). Encontre o texto cifrado c.
n = 65e = 5m = 41
c =
9.Algoritmos e complexidadeMédia
Por que a programação dinâmica não traz ganho real de velocidade para o merge sort?
AO merge sort já é O(n)
BSeus subproblemas não se sobrepõem, então não há nada para reaproveitar
CO merge sort não tem estrutura recursiva
DA programação dinâmica só funciona em problemas de grafos, não em vetores
10.Algoritmos e complexidadeDifícil
O algoritmo de programação dinâmica de Held–Karp resolve o problema do caixeiro-viajante de forma exata. Qual é o seu tempo de execução para n cidades?
AO(n³)
BO(n² 2ⁿ)
CO(2n²)
DO(n!)
11.Estruturas de dadosMédia
Por que um heap binário pode ser armazenado em um array sem nenhum ponteiro?
AÉ uma árvore binária completa, então as posições seguem fórmulas simples de índice
BTodas as chaves de um heap são iguais
CHeaps nunca têm mais de 100 elementos
DArrays mantêm as chaves automaticamente em ordem, então não são necessários ponteiros
12.Estruturas de dadosDifícil
Quanto tempo leva buscar uma chave arbitrária em um min-heap binário de n elementos?
AO(1)
BO(log n)
CO(n)
DO(log log n)
13.Teoria dos grafosMédia
Uma árvore tem 2 vértices de grau 4, e todos os seus outros vértices são folhas (grau 1). Quantas folhas L ela tem?
2 × deg 4
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
O que é SQL injection?
AUm ataque em que a entrada do usuário altera a estrutura de uma consulta SQL
BUma forma de adicionar índices
CUma técnica para inserir muitas linhas rapidamente com uma única instrução INSERT
DUma técnica de backup de banco de dados
16.Bases de dados e SQLDifícil
Com controle de concorrência multiversão (MVCC), como os leitores podem evitar bloquear os escritores?
AOs leitores sempre esperam até todos os escritores confirmarem
BOs leitores veem um snapshot consistente das versões confirmadas das linhas, enquanto os escritores criam novas versões
COs leitores leem diretamente os dados não confirmados
DNão se permitem escritores enquanto houver algum leitor ativo
17.Redes de computadoresMédia
O que o ARP faz?
ARoteia pacotes na internet
BResolve nomes de domínio
CAtribui endereços IP automaticamente aos hosts quando eles entram na rede local
DDescobre o endereço MAC que pertence a um endereço IP na rede local
18.Redes de computadoresDifícil
Qual é a unidade máxima de transmissão (MTU) da carga útil Ethernet padrão?
A9000 bytes em todas as redes
B1500 bytes
C65535 bytes
D64 bytes
19.Sub-redes IPv4Média
Uma sub-rede usa a máscara 255.255.255.240. Quantos endereços de host utilizáveis H ela tem?
255.255.255.240
H =
20.Sub-redes IPv4Difícil
Um host tem o endereço 10.20.179.26/29. Qual é o último número (quarto octeto) x do endereço de broadcast da sua sub-rede?
10.20.179.26/29
x =
3Soluções
1.Sistemas de numeração
Resposta: U = 246
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
10 = 0000 1010
invertido: 1111 0101
+1 → 1111 0110
Ler sem sinal
1111 0110₂ = 256 − 10 = 246
Resposta
U = 246
2.Sistemas de numeração
Resposta: b = 12 bit
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.
Potências de dois
211 = 2048 < 3411
212 = 4096 ≥ 3411
Resposta
b = 12
3.Lógica proposicional e demonstrações
Resposta: p ∧ ¬q
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.
¬(p → q) ≡ p ∧ ¬q
Confira com a tabela-verdade
p = 1, q = 1: 0 | 1 0 0 0
p = 1, q = 0: 1 | 1 1 1 0
p = 0, q = 1: 0 | 0 1 0 1
p = 0, q = 0: 0 | 1 1 0 0
Resposta
p ∧ ¬q
As colunas depois da barra são as alternativas na ordem mostrada.
4.Lógica proposicional e demonstrações
Resposta: N = 12
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.
5.Lógica digital: portas, mapas de Karnaugh e flip-flops
Resposta: N = 5
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 0s
Todo grupo é um retângulo de 2ᵏ células; as células das bordas são vizinhas das células da borda oposta.
(B′ + C′ + D)
(A + B′ + D)
(A + B′ + C′)
(A + B + C + D′)
(A′ + B′ + C + D′)
Forma POS mínima
F = (B′ + C′ + D)(A + B′ + D)(A + B′ + C′)(A + B + C + D′)(A′ + B′ + C + D′)
N = 5
Resposta
N = 5
6.Lógica digital: portas, mapas de Karnaugh e flip-flops
Resposta: N = 2
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.
D′, BC′, A′C, AC′, A′B
Implicantes primos essenciais
D′, AC′
N = 2
Resposta
N = 2
7.Teoria dos números e aritmética modular
Resposta: 38−1 mod 43 = 17
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·38 (mod 43).
r = 43, t = 0
r = 38, q = 1, t = 1
r = 5, q = 7, t = −1
r = 3, q = 1, t = 8
r = 2, q = 1, t = −9
r = 1, q = 2, t = 17
Inversa
1 ≡ 17·38 (mod 43)
x = 17
verificação: 38·17 = 646 = 15·43 + 1
Resposta
38−1 mod 43 = 17
8.Teoria dos números e aritmética modular
Resposta: c = 6
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
5 = 4 + 1
411 ≡ 41 (mod 65)
412 ≡ 56 (mod 65)
414 ≡ 16 (mod 65)
415 ≡ 41·16 ≡ 6 (mod 65)
Texto cifrado
c = 6
Resposta
c = 6
9.Algoritmos e complexidade
Resposta: B · Seus subproblemas não se sobrepõem, então não há nada para reaproveitar
Porque é esta a resposta
As metades do merge sort são disjuntas e cada uma é resolvida uma vez; a PD só ajuda quando os subproblemas se repetem, como no Fibonacci.
Resposta
B · Seus subproblemas não se sobrepõem, então não há nada para reaproveitar
10.Algoritmos e complexidade
Resposta: B · O(n² 2ⁿ)
Porque é esta a resposta
Há cerca de n 2ⁿ estados, cada um calculado em O(n); isso é exponencial, mas muito mais rápido que testar todos os (n − 1)! percursos.
Resposta
B · O(n² 2ⁿ)
11.Estruturas de dados
Resposta: A · 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
A · É uma árvore binária completa, então as posições seguem fórmulas simples de índice
12.Estruturas de dados
Resposta: C · O(n)
Porque é esta a resposta
Um heap não dá nenhuma regra sobre qual subárvore contém uma chave, então no pior caso todos os nós precisam ser verificados; só o mínimo é rápido de encontrar.
Resposta
C · O(n)
13.Teoria dos grafos
Resposta: L = 6
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 + 8 = 2(L + 2) − 2
L = 6
Resposta
L = 6
Atalho: L = 2 + Σ (d − 2) sobre os vértices de grau d ≥ 3.
14.Teoria dos grafos
Resposta: W = 30
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 (1): tomar
BE (7): tomar
DE (8): tomar
BD (10): descartar, fecha um ciclo
BC (11): descartar, fecha um ciclo
AC (14): tomar
Peso total
W = 1 + 7 + 8 + 14 = 30
Resposta
W = 30
15.Bases de dados e SQL
Resposta: A · Um ataque em que a entrada do usuário altera a estrutura de uma consulta SQL
Porque é esta a resposta
Quando a entrada do usuário é concatenada ao SQL, atacantes podem injetar comandos. Prepared statements com parâmetros mantêm os dados separados do código.
Resposta
A · Um ataque em que a entrada do usuário altera a estrutura de uma consulta SQL
16.Bases de dados e SQL
Resposta: B · Os leitores veem um snapshot consistente das versões confirmadas das linhas, enquanto os escritores criam novas versões
Porque é esta a resposta
O MVCC mantém versões antigas das linhas para que um leitor veja os dados tal como estavam no seu snapshot, enquanto um escritor cria uma nova versão em vez de sobrescrever no lugar.
Resposta
B · Os leitores veem um snapshot consistente das versões confirmadas das linhas, enquanto os escritores criam novas versões
17.Redes de computadores
Resposta: D · Descobre o endereço MAC que pertence a um endereço IP na rede local
Porque é esta a resposta
O ARP envia em broadcast "quem tem este IP?" e o dono responde com seu endereço MAC, para que os quadros possam ser entregues localmente.
Resposta
D · Descobre o endereço MAC que pertence a um endereço IP na rede local
18.Redes de computadores
Resposta: B · 1500 bytes
Porque é esta a resposta
A Ethernet padrão transporta até 1500 bytes de carga útil; pacotes IP maiores precisam ser fragmentados ou usar a descoberta de MTU do caminho (Path MTU Discovery).
Resposta
B · 1500 bytes
19.Sub-redes IPv4
Resposta: H = 14
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).
Comprimento do prefixo
255.255.255.240 = /28
Hosts utilizáveis
24 − 2 = 14
Resposta
H = 14
20.Sub-redes IPv4
Resposta: x = 31
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).