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 1101 1010 guarda um inteiro com sinal em complemento para dois. Qual é o seu valor N em decimal?
1101 10108 bit
N =
2.Sistemas de numeraçãoDifícil
Defina os bits com o resultado de 8 bits de 0110 1011 OR 0111 1111. Qual é o valor R do resultado em decimal?
0110 1011OR0111 1111
R =
3.Lógica proposicional e demonstraçõesMédia
Qual fórmula é logicamente equivalente a a ∧ (c ∨ b)? Clique nela.
a ∧ (c ∨ b)
1(a ∧ c) ∨ b
2a ∨ (c ∧ b)
3(a ∧ c) ∨ (a ∧ b)
4(a ∨ c) ∧ (a ∨ b)
4.Lógica proposicional e demonstraçõesDifícil
Qual afirmação é equivalente a ¬∀x (A(x) ∨ B(x)), com a negação movida totalmente para dentro? Clique nela.
¬∀x (A(x) ∨ B(x))
1∃x (¬A(x) ∧ ¬B(x))
2∃x (¬A(x) ∨ ¬B(x))
3∀x (¬A(x) ∨ ¬B(x))
4∀x (¬A(x) ∧ ¬B(x))
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(3, 4, 7, 9, 12). Quantos termos soma (fatores) N ela tem?
F(A, B, C, D) = Σm(3, 4, 7, 9, 12)
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, 7, 9, 10, 12, 13, 14) + d(6, 8, 11), em que d marca as condições irrelevantes (don’t-care). Quantos literais L ela contém?
Encontre a função totiente de Euler φ(133), o número de inteiros de 1 a 133 que são coprimos com 133.
n = 133 = 7·19
φ(133) =
8.Teoria dos números e aritmética modularDifícil
Uma chave RSA usa p = 7, q = 13 e e = 23. Decifre o texto cifrado c = 20: encontre a mensagem m.
p = 7q = 13e = 23c = 20
m =
9.Algoritmos e complexidadeMédia
Quanto espaço de pilha usa uma função fatorial recursiva simples fact(n) = n × fact(n − 1)?
AO(log n)
BO(n²)
CO(1)
DO(n)
10.Algoritmos e complexidadeDifícil
Qual é a complexidade de tempo para construir um heap binário a partir de n elementos não ordenados com o método bottom-up?
AO(n²)
BO(n)
CO(n log n)
DO(log n)
11.Estruturas de dadosMédia
Em uma tabela hash com endereçamento aberto, qual é o fator de carga máximo possível?
A1
B2
C0,5
DNão há máximo
12.Estruturas de dadosDifícil
Uma árvore de Fenwick (binary indexed tree) sobre um array de n números permite quais operações em O(log n)?
AInserir elementos em qualquer posição
BEncontrar a mediana em O(1)
CConsultas de soma de prefixo e atualizações de um único elemento
DOrdenar o array e fazer busca binária
13.Teoria dos grafosMédia
Um grafo conexo tem 7 vértices e 8 arestas. Quantas arestas k devem ser removidas para sobrar uma árvore geradora?
|V| = 7|E| = 8
k =
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
Qual consulta lista os clientes que nunca fizeram um pedido?
ASELECT c.name FROM customers c INNER JOIN orders o ON o.customer_id = c.id WHERE o.id IS NULL
BSELECT c.name FROM customers c LEFT JOIN orders o ON o.customer_id = c.id WHERE o.id IS NOT NULL
CSELECT c.name FROM customers c LEFT JOIN orders o ON o.customer_id = c.id WHERE o.id = NULL
DSELECT c.name FROM customers c LEFT JOIN orders o ON o.customer_id = c.id WHERE o.id IS NULL
16.Bases de dados e SQLDifícil
O que é um índice de cobertura (covering index) para uma consulta?
AUm índice que contém todas as colunas de que a consulta precisa, de modo que a própria tabela não precisa ser lida
BUm índice que é reconstruído toda noite
CUm índice que cobre todas as colunas de todas as tabelas
DUm índice só na chave primária
17.Redes de computadoresMédia
Quantos endereços de host utilizáveis tem uma rede IPv4 /24?
A254
B252
C256
D255
18.Redes de computadoresDifícil
As estações A e C alcançam o ponto de acesso B, mas não se ouvem, de modo que seus quadros colidem em B. Como o 802,11 ajuda?
AFazendo A e C usarem detecção de colisões, de modo que parem de enviar quando os quadros se sobrepuserem
BTrocas opcionais RTS/CTS, de modo que o CTS do AP diz a todas as estações próximas que esperem
CRoteando os quadros de A através de C
DAumentando o TTL dos quadros
19.Sub-redes IPv4Média
A rede 192.168.118.0/24 é dividida em sub-redes /27, 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 rede da sub-rede 4?
192.168.118.0/24/27sub-rede 4 (a sub-rede 1 começa em .0)
x =
20.Sub-redes IPv4Difícil
Um host tem o endereço 10.20.147.36/29. Qual é o último número (quarto octeto) x do endereço de broadcast da sua sub-rede?
10.20.147.36/29
x =
3Soluções
1.Sistemas de numeração
Resposta: N = −38
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.
−128 + 64 + 16 + 8 + 2 = −38
Resposta
N = −38
2.Sistemas de numeração
Resposta: R = 127
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
OR dá 1 onde pelo menos um bit é 1.
0110 1011
OR 0111 1111
= 0111 1111
Valor do resultado
0111 1111₂ = 127
Resposta
R = 127
3.Lógica proposicional e demonstrações
Resposta: (a ∧ c) ∨ (a ∧ b)
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
∧ distribui sobre ∨: a ∧ (b ∨ c) ≡ (a ∧ b) ∨ (a ∧ c).
a ∧ (c ∨ b) ≡ (a ∧ c) ∨ (a ∧ b)
Confira com a tabela-verdade
a = 1, b = 1, c = 1: 1 | 1 1 1 1
a = 1, b = 1, c = 0: 1 | 1 1 1 1
a = 1, b = 0, c = 1: 1 | 1 1 1 1
a = 1, b = 0, c = 0: 0 | 0 1 0 1
a = 0, b = 1, c = 1: 0 | 1 1 0 1
a = 0, b = 1, c = 0: 0 | 1 0 0 0
a = 0, b = 0, c = 1: 0 | 0 0 0 0
a = 0, b = 0, c = 0: 0 | 0 0 0 0
Resposta
(a ∧ c) ∨ (a ∧ b)
As colunas depois da barra são as alternativas na ordem mostrada.
4.Lógica proposicional e demonstrações
Resposta: ∃x (¬A(x) ∧ ¬B(x))
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.
Mova a negação para dentro
¬∀x (A(x) ∨ B(x)) ≡ ∃x (¬A(x) ∧ ¬B(x))
Resposta
∃x (¬A(x) ∧ ¬B(x))
As outras alternativas mantêm um quantificador inalterado, mudam a ordem dos quantificadores ou negam a fórmula interna de forma errada.
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.
(C′ + D)
(B + D)
(B′ + C + D′)
(A′ + C′)
(A + C + D′)
Forma POS mínima
F = (C′ + D)(B + D)(B′ + C + D′)(A′ + C′)(A + C + D′)
N = 5
Resposta
N = 5
Existe outro agrupamento do mesmo tamanho; ele tem o mesmo número de termos e de literais.
6.Lógica digital: portas, mapas de Karnaugh e flip-flops
Resposta: L = 9
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′C′, BCD′, AD′, AC′, AB′, A′BC
Cobertura mínima
F = B′C′ + AD′ + AC′ + A′BC
L = 9
Resposta
L = 9
7.Teoria dos números e aritmética modular
Resposta: φ(133) = 108
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
133 = 7·19
Totiente
φ(133) = φ(19)·φ(7) = 18·6 = 108
Resposta
φ(133) = 108
8.Teoria dos números e aritmética modular
Resposta: m = 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.
Expoente privado
n = 91, φ(n) = 72
d = 23−1 mod 72 = 47
Decifre por elevação ao quadrado repetida
47 = 32 + 8 + 4 + 2 + 1
201 ≡ 20 (mod 91)
202 ≡ 36 (mod 91)
204 ≡ 22 (mod 91)
208 ≡ 29 (mod 91)
2016 ≡ 22 (mod 91)
2032 ≡ 29 (mod 91)
2047 ≡ 20·36·22·29·29 ≡ 41 (mod 91)
Mensagem
m = 41
verificação: 4123 mod 91 = 20
Resposta
m = 41
9.Algoritmos e complexidade
Resposta: D · O(n)
Porque é esta a resposta
A recursão chega a n chamadas de profundidade antes de qualquer retorno, e cada chamada precisa de um quadro de pilha, então usa espaço O(n).
Resposta
D · O(n)
10.Algoritmos e complexidade
Resposta: B · O(n)
Porque é esta a resposta
Somar os custos de descida (sift-down) em todos os níveis resulta em uma série convergente, então o heapify roda em tempo linear.
Resposta
B · O(n)
11.Estruturas de dados
Resposta: A · 1
Porque é esta a resposta
Com endereçamento aberto, todas as chaves ficam na própria tabela, então n não pode passar de m; o encadeamento separado pode ter fator de carga acima de 1.
Resposta
A · 1
12.Estruturas de dados
Resposta: C · Consultas de soma de prefixo e atualizações de um único elemento
Porque é esta a resposta
Uma árvore de Fenwick armazena somas parciais sobre intervalos determinados pelos bits menos significativos de cada índice, então tanto as somas de prefixo quanto as atualizações pontuais levam O(log n).
Resposta
C · Consultas de soma de prefixo e atualizações de um único elemento
13.Teoria dos grafos
Resposta: k = 2
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.
Arestas de uma árvore geradora
7 − 1 = 6
Arestas a remover
k = 8 − 6 = 2
Resposta
k = 2
14.Teoria dos grafos
Resposta: W = 44
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
AC (7): tomar
BC (9): tomar
CE (13): tomar
BE (14): descartar, fecha um ciclo
DE (15): tomar
Peso total
W = 7 + 9 + 13 + 15 = 44
Resposta
W = 44
15.Bases de dados e SQL
Resposta: D · SELECT c.name FROM customers c LEFT JOIN orders o ON o.customer_id = c.id WHERE o.id IS NULL
Porque é esta a resposta
O left join mantém todos os clientes e preenche as colunas de pedidos com NULL quando não há correspondência; IS NULL então seleciona exatamente esses clientes.
Resposta
D · SELECT c.name FROM customers c LEFT JOIN orders o ON o.customer_id = c.id WHERE o.id IS NULL
16.Bases de dados e SQL
Resposta: A · Um índice que contém todas as colunas de que a consulta precisa, de modo que a própria tabela não precisa ser lida
Porque é esta a resposta
Se todas as colunas referenciadas estão no índice, o SGBD pode fazer uma varredura só do índice e não buscar as linhas da tabela, o que economiza E/S.
Resposta
A · Um índice que contém todas as colunas de que a consulta precisa, de modo que a própria tabela não precisa ser lida
17.Redes de computadores
Resposta: A · 254
Porque é esta a resposta
Uma /24 tem 8 bits de host, logo 2⁸ = 256 endereços. Os endereços de rede e de broadcast são reservados, restando 254 para hosts.
Resposta
A · 254
18.Redes de computadores
Resposta: B · Trocas opcionais RTS/CTS, de modo que o CTS do AP diz a todas as estações próximas que esperem
Porque é esta a resposta
Uma estação envia Request to Send; o AP responde Clear to Send, que todas as estações em seu alcance ouvem, e as estações ocultas aguardam pelo tempo reservado.
Resposta
B · Trocas opcionais RTS/CTS, de modo que o CTS do AP diz a todas as estações próximas que esperem
19.Sub-redes IPv4
Resposta: x = 96
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
25 = 32
Sub-rede número 4
rede: (4 − 1)·32 = 96
broadcast: 96 + 32 − 1 = 127
Resposta
x = 96
20.Sub-redes IPv4
Resposta: x = 39
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).