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PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 6 (Matemática) da 2ª fase do ITA 2027

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.
i : denota a unidade imaginária, i^2 = -1.
\overline{AB} : denota o segmento de reta de extremidades nos pontos A e B.
m(\overline{AB}) : denota o comprimento do segmento \overline{AB}.

Determine quantas sêxtuplas ordenadas de números naturais (x_1, x_2, x_3, x_4, x_5, x_6) satisfazem o sistema

\begin{cases} x_1 + x_2 + x_3 + x_4 + x_5 + 3x_6 = 30, \\ x_1 + 2x_2 + 2x_3 + 2x_4 + 2x_5 + 4x_6 = 52, \\ 2x_1 + 2x_2 + 3x_3 + 3x_4 + 3x_5 + 7x_6 = 76. \end{cases}
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Resolução comentada

a) Chame x_6=t e S=x_3+x_4+x_5. Como x_3,x_4,x_5 aparecem sempre com os mesmos coeficientes nas três equações, o sistema vira, nas incógnitas x_1,x_2,S,t:

\begin{cases} x_1+x_2+S+3t=30\\ x_1+2x_2+2S+4t=52\\ 2x_1+2x_2+3S+7t=76\end{cases}
  1. Subtraindo a 1ª da 2ª: x_2+S+t=22, ou seja, x_2+S=22-t.
  2. Na 1ª equação: x_1=30-3t-(22-t)=8-2t.
  3. Na 3ª equação: 2(8-2t)+2x_2+3S+7t=76, logo 2x_2+3S=60-3t.
  4. Substituindo x_2=22-t-S: 44-2t-2S+3S=60-3t, então S=16-t.
  5. Daí x_2=22-t-(16-t)=6.

Como os números são naturais (maiores ou iguais a 1), x_1=8-2t\ge 1 dá t\le 3. Então t\in\{1,2,3\}, e x_1 e x_2 ficam determinados.

Falta contar as ternas (x_3,x_4,x_5) de naturais com soma S=16-t. O número de soluções de x_3+x_4+x_5=S em naturais é \binom{S-1}{2}.

  • t=1: S=15, que dá \binom{14}{2}=91.
  • t=2: S=14, que dá \binom{13}{2}=78.
  • t=3: S=13, que dá \binom{12}{2}=66.

Total: 91+78+66=235.

Resposta: 235 sêxtuplas.

Assuntos: Combinações e binômio de Newton, Sistemas lineares.

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Fonte: ITA 2ª fase 2027 · Matemática. Prova oficial ↗