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 −36 em complemento de dois de 8 bits. Lido como um número sem sinal, qual é o valor U do padrão?
N = −368 bit
U =
2.Sistemas de numeraçãoDifícil
Um sistema tem de dar a cada um de 3864 elementos um código binário próprio, todos com o mesmo comprimento. Qual é o menor número de bits b necessário?
3864
b = bit
3.Lógica proposicional e demonstraçõesMédia
Você quer demonstrar q → (p ∧ r) por contraposição. Qual implicação você demonstra em seu lugar? Clique nela.
q → (p ∧ r)
1¬(p ∧ r) → ¬q
2(p ∧ r) → q
3¬q → ¬(p ∧ r)
4q ∧ ¬(p ∧ r)
4.Lógica proposicional e demonstraçõesDifícil
Qual afirmação é equivalente a ¬∀x (P(x) → ∃y R(x, y)), com a negação movida totalmente para dentro? Clique nela.
¬∀x (P(x) → ∃y R(x, y))
1∃x (P(x) ∧ ∀y ¬R(x, y))
2∃x (P(x) → ∀y ¬R(x, y))
3∀x (P(x) ∧ ∀y ¬R(x, y))
4∃x (¬P(x) ∧ ∃y R(x, y))
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 = 0, I₃ = C. Para quantas das 8 combinações de A, B e C a saída vale F = 1? Encontre N.
I₀ = CI₁ = C′I₂ = 0I₃ = C
N =
6.Lógica digital: portas, mapas de Karnaugh e flip-flopsDifícil
Um flip-flop JK acionado na borda de subida começa com Q = 0 e recebe as entradas mostradas. Clique na primeira borda do clock em que Q passa de 1 de volta para 0.
Q₀ = 0JK
1borda do clock 1
2borda do clock 2
3borda do clock 3
4borda do clock 4
5borda do clock 5
6borda do clock 6
7borda do clock 7
7.Teoria dos números e aritmética modularMédia
Encontre o inverso de 78 módulo 95: o número x com 0 < x < 95 e 78·x ≡ 1 (mod 95).
a = 78n = 95
78−1 mod 95 =
8.Teoria dos números e aritmética modularDifícil
Uma chave RSA usa p = 17, q = 43 e e = 11. Decifre o texto cifrado c = 370: encontre a mensagem m.
p = 17q = 43e = 11c = 370
m =
9.Algoritmos e complexidadeMédia
Quantos níveis tem a recursão do merge sort para um array de n elementos?
ACerca de log₂ n
BCerca de √n
CCerca de n / 2
DCerca de n
10.Algoritmos e complexidadeDifícil
Como é classificado o problema do caixeiro-viajante?
AA versão de decisão está em P, mas a versão de otimização é NP-completa
BA versão de decisão é NP-completa e a versão de otimização é NP-difícil
CÉ indecidível
DEstá em P, porque o algoritmo de Dijkstra o resolve visitando cada cidade uma única vez
11.Estruturas de dadosMédia
As chaves 50, 30, 70, 20, 40 são inseridas nessa ordem em uma árvore binária de busca vazia. Qual é o filho esquerdo de 30?
A70
B40
C50
D20
12.Estruturas de dadosDifícil
Como uma radix tree (trie compactada) melhora uma trie simples?
AGuarda só a primeira letra de cada palavra
BArmazena cada palavra em uma tabela hash na raiz em vez de em nós separados
CFunde cadeias de nós com um só filho em uma aresta rotulada com uma string
DOrdena os filhos de cada nó por frequência
13.Teoria dos grafosMédia
Um grafo conexo tem 18 vértices e 23 arestas. Quantas arestas k devem ser removidas para sobrar uma árvore geradora?
|V| = 18|E| = 23
k =
14.Teoria dos grafosDifícil
Quantos passeios fechados de comprimento 2 começam e terminam em F? Um passeio pode repetir vértices e arestas. Chame o número de N.
M = matriz de adjacênciaL = 2
N =
15.Bases de dados e SQLMédia
Qual propriedade ACID garante que as alterações confirmadas sobrevivam a uma falha do sistema?
AIsolamento
BAtomicidade
CConsistência
DDurabilidade
16.Bases de dados e SQLDifícil
Um app executa UPDATE item SET qty = 4, version = 8 WHERE id = 1 AND version = 7 e informa um conflito se nenhuma linha foi atualizada. Que técnica é essa?
ASharding do banco de dados
BBloqueio estrito em duas fases com bloqueios de linha
CControle de concorrência otimista
DWrite-ahead logging
17.Redes de computadoresMédia
O que caracteriza um ataque distribuído de negação de serviço (DDoS)?
AMuitas máquinas comprometidas inundam um alvo com tráfego
BUm vírus apaga arquivos em um único PC
CUm atacante adivinha a senha de um usuário
DUm atacante lê tráfego Wi-Fi não criptografado de um carro próximo
18.Redes de computadoresDifícil
O que a troca de chaves Diffie-Hellman alcança por si só, e qual é sua fraqueza?
ACriptografa diretamente grandes volumes de dados por um canal público, mas é lenta demais para arquivos grandes e vídeo
BCombina um segredo compartilhado por um canal público, mas sozinha fica exposta a um man-in-the-middle
CAssina certificados para sites, mas só funciona com chaves curtas
DAutentica os dois usuários com senhas, mas precisa de um servidor central
19.Sub-redes IPv4Média
A rede 192.168.10.0/24 tem de ser dividida em pelo menos 20 sub-redes iguais. Se pedir emprestados o menor número de bits possível, quantos hosts utilizáveis H tem cada sub-rede?
192.168.10.0/2420 subnets
H =
20.Sub-redes IPv4Difícil
Um host tem o endereço 10.20.237.12/25. Qual é o último número (quarto octeto) x do endereço de broadcast da sua sub-rede?
10.20.237.12/25
x =
3Soluções
1.Sistemas de numeração
Resposta: U = 220
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
36 = 0010 0100
invertido: 1101 1011
+1 → 1101 1100
Ler sem sinal
1101 1100₂ = 256 − 36 = 220
Resposta
U = 220
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 < 3864
212 = 4096 ≥ 3864
Resposta
b = 12
3.Lógica proposicional e demonstrações
Resposta: ¬(p ∧ r) → ¬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).
Partes da implicação
a = q, b = p ∧ r
Contrapositiva
¬b → ¬a = ¬(p ∧ r) → ¬q
Resposta
¬(p ∧ r) → ¬q
A contrapositiva é equivalente à afirmação original, então demonstrá-la demonstra a afirmação.
4.Lógica proposicional e demonstrações
Resposta: ∃x (P(x) ∧ ∀y ¬R(x, y))
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 (P(x) → ∃y R(x, y)) ≡ ∃x (P(x) ∧ ∀y ¬R(x, y))
Resposta
∃x (P(x) ∧ ∀y ¬R(x, y))
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 = 3
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′ + ABC
Linhas com F = 1
ABC = 001, 010, 111
N = 3
Resposta
N = 3
6.Lógica digital: portas, mapas de Karnaugh e flip-flops
Resposta: borda do clock 3
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.
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·78 (mod 95).
r = 95, t = 0
r = 78, q = 1, t = 1
r = 17, q = 4, t = −1
r = 10, q = 1, t = 5
r = 7, q = 1, t = −6
r = 3, q = 2, t = 11
r = 1, q = 3, t = −28
Inversa
1 ≡ −28·78 (mod 95)
x = 67
verificação: 78·67 = 5226 = 55·95 + 1
Resposta
78−1 mod 95 = 67
8.Teoria dos números e aritmética modular
Resposta: m = 55
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 = 731, φ(n) = 672
d = 11−1 mod 672 = 611
Decifre por elevação ao quadrado repetida
611 = 512 + 64 + 32 + 2 + 1
3701 ≡ 370 (mod 731)
3702 ≡ 203 (mod 731)
3704 ≡ 273 (mod 731)
3708 ≡ 698 (mod 731)
37016 ≡ 358 (mod 731)
37032 ≡ 239 (mod 731)
37064 ≡ 103 (mod 731)
370128 ≡ 375 (mod 731)
370256 ≡ 273 (mod 731)
370512 ≡ 698 (mod 731)
370611 ≡ 370·203·239·103·698 ≡ 55 (mod 731)
Mensagem
m = 55
verificação: 5511 mod 731 = 370
Resposta
m = 55
9.Algoritmos e complexidade
Resposta: A · Cerca de log₂ n
Porque é esta a resposta
Dividir pela metade de n até 1 leva cerca de log₂ n níveis, e cada nível faz O(n) de trabalho de intercalação, o que dá O(n log n).
Resposta
A · Cerca de log₂ n
10.Algoritmos e complexidade
Resposta: B · A versão de decisão é NP-completa e a versão de otimização é NP-difícil
Porque é esta a resposta
"Existe um percurso de comprimento no máximo k?" é NP-completo; encontrar o percurso mais curto é NP-difícil, pois é pelo menos tão difícil quanto.
Resposta
B · A versão de decisão é NP-completa e a versão de otimização é NP-difícil
11.Estruturas de dados
Resposta: D · 20
Porque é esta a resposta
20 é menor que 50 e menor que 30, então se torna o filho esquerdo de 30; 40 se torna o filho direito.
Resposta
D · 20
12.Estruturas de dados
Resposta: C · Funde cadeias de nós com um só filho em uma aresta rotulada com uma string
Porque é esta a resposta
Compactar caminhos sem ramificação reduz o número de nós e a memória usada, mantendo a busca por prefixo.
Resposta
C · Funde cadeias de nós com um só filho em uma aresta rotulada com uma string
13.Teoria dos grafos
Resposta: k = 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.
Arestas de uma árvore geradora
18 − 1 = 17
Arestas a remover
k = 23 − 17 = 6
Resposta
k = 6
14.Teoria dos grafos
Resposta: N = 2
Graus: o grau de um vértice é o número de arestas que o tocam. Cada aresta tem duas pontas, então os graus somam o dobro do número de arestas: Σ deg(v) = 2|E| (o lema do aperto de mãos). Portanto o número de vértices de grau ímpar é par. Kn tem n(n − 1)/2 arestas, um grafo k-regular com n vértices tem nk/2, e uma árvore com n vértices tem n − 1 arestas.
Matriz de adjacência
A: 0 1 1 0 0 0
B: 1 0 0 1 1 0
C: 1 0 0 0 1 0
D: 0 1 0 0 1 1
E: 0 1 1 1 0 1
F: 0 0 0 1 1 0
Vizinhos comuns
(M²)FF = 0·0 + 0·0 + 0·0 + 1·1 + 1·1 + 0·0 = 2
Resposta
N = 2
15.Bases de dados e SQL
Resposta: D · Durabilidade
Porque é esta a resposta
Durabilidade significa que, depois que uma transação é confirmada, seus efeitos são mantidos, em geral gravando um log em armazenamento estável.
Resposta
D · Durabilidade
16.Bases de dados e SQL
Resposta: C · Controle de concorrência otimista
Porque é esta a resposta
O bloqueio otimista supõe que os conflitos são raros: verifica uma coluna de versão ao gravar e falha se outra transação alterou a linha nesse meio-tempo.
Resposta
C · Controle de concorrência otimista
17.Redes de computadores
Resposta: A · Muitas máquinas comprometidas inundam um alvo com tráfego
Porque é esta a resposta
Em um ataque DDoS, muitas origens sobrecarregam um servidor ou enlace, de modo que os usuários legítimos não podem ser atendidos. A multiplicidade de origens dificulta o bloqueio simples.
Resposta
A · Muitas máquinas comprometidas inundam um alvo com tráfego
18.Redes de computadores
Resposta: B · 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
B · Combina um segredo compartilhado por um canal público, mas sozinha fica exposta a um man-in-the-middle
19.Sub-redes IPv4
Resposta: H = 6
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
25 = 32 ≥ 20 → b = 5, /29
Hosts por sub-rede
23 − 2 = 6
Resposta
H = 6
20.Sub-redes IPv4
Resposta: x = 127
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).