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PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 10 (Matemática) da 2ª fase do ITA 2023

Matemática · Matemática: Combinações e binômio de Newton

Texto-base das questões 01 a 10 · Matemática

Convenções: Considere o sistema de coordenadas cartesiano, a menos que haja indicação contrária.

\mathbb{N} = \{1, 2, 3, \dots\} : denota o conjunto dos números naturais.
\mathbb{R} : denota o conjunto dos números reais.
\mathbb{C} : denota o conjunto dos números complexos.
i : denota a unidade imaginária, i^2 = -1.
M_n(\mathbb{R}) : denota o conjunto das matrizes n \times n de entradas reais.
\overline{AB} : denota o segmento de reta de extremidades nos pontos A e B.
A\hat{O}B : denota o ângulo formado pelas semi-retas \overrightarrow{OA} e \overrightarrow{OB}, com vértice no ponto O.
m(\overline{AB}) : denota o comprimento do segmento \overline{AB}.

Em um decágono convexo, de quantas formas podemos escolher duas diagonais que não se interceptam?

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Resolução comentada

a) Vamos contar todos os pares de diagonais e descontar os pares que têm algum ponto em comum. Interpreto "não se interceptam" como não ter ponto comum, nem no interior nem em um vértice.

  1. Número de diagonais do decágono: \dfrac{10\cdot 7}{2}=35.
  2. Total de pares de diagonais: \binom{35}{2}=595.

Pares que se cruzam no interior. Quatro vértices quaisquer do decágono formam um quadrilátero convexo, e suas duas diagonais se cruzam em um ponto interior. Reciprocamente, duas diagonais que se cruzam no interior têm 4 extremidades distintas. Logo há \binom{10}{4}=210 pares desse tipo.

Pares que compartilham um vértice. De cada vértice partem 10-3=7 diagonais. Os pares de diagonais com esse vértice em comum são \binom{7}{2}=21. Para os 10 vértices, temos 10\cdot 21=210 pares. Cada par aparece uma só vez, pois duas diagonais distintas compartilham no máximo um vértice.

Os dois casos não se sobrepõem: o primeiro usa 4 vértices distintos e o segundo usa apenas 3.

Pares sem nenhum ponto em comum:

595-210-210=175.

175 formas

Assuntos: Combinações e binômio de Newton, Princípio fundamental da contagem.

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Fonte: ITA 2ª fase 2023 · Matemática. Prova oficial ↗