Baixe lista de exercicios sobre paridade do impa e outras Esquemas em PDF para Matemática, somente na Docsity!
Polos Olímpicos de Treinamento
Curso de Combinatória - Nível 1
Prof. Bruno Holanda
Aula 5
Paridade
Todo n´umero ´e par ou ´ımpar. Obvio, n˜´ ao? Pois ´e com essa simples afirma¸c˜ao que vamos resolver os problemas deste cap´ıtulo.
Problema 1. No reino da Frutilˆandia existe uma ´arvore m´agica que possui 2005 ma¸c˜as e 2006 tomates. Todo dia um garoto sobe na ´arvore e come duas frutas. Quando ele come duas frutas iguais, nasce um tomate na ´arvore; quando ele come duas frutas diferentes, nasce uma ma¸c˜a. Ap´os alguns dias restar´a apenas uma fruta na ´arvore. Que fruta ser´a?
Solu¸c˜ao. Sempre que o garoto pega duas frutas da ´arvore, o n´umero de ma¸c˜as diminuir´a de 2 ou permanecer´a constante. Dessa forma a paridade do n´umero de ma¸c˜as ser´a sempre o mesmo. Como inicialmente t´ınhamos um n´umero ´ımpar de ma¸cas, a quantidade delas continuar´a ´ımpar at´e o final. Logo, a ´ultima fruta deve ser uma ma¸c˜a.
Problema 2. Um jogo consiste de 9 bot˜oes luminosos (de cor verde ou amarelo) dispostos da seguinte forma: 1 © 2 © 3 ©
4 © 5 © 6 ©
7 © 8 © 9 ©
Apertando um bot˜ao do bordo do retˆangulo, trocam de cor ele e os seus vizinhos (do lado ou em diagonal). Apertando o bot˜ao do centro, trocam de cor todos os seus oito vizinhos
por´em ele n˜ao. Inicialmente todos os bot˜oes est˜ao verdes. E poss´´ ıvel, apertando sucessiva- mente alguns bot˜oes, torn´a-los todos amarelos?
Solu¸c˜ao. Note que ao apertar um dos bot˜oes 1, 3, 7 ou 9 trocamos de cor 4 bot˜oes. Aper- tando um dos bot˜oes 2, 4, 6 ou 8 trocamos a cor de 6 bot˜oes. Apertando o bot˜ao do centro trocamos a cor de 8 bot˜oes. Como 4, 6 e 8 s˜ao n´umeros pares a quantidade total de bot˜oes verdes ´e sempre um n´umero par e para ter os 9 bot˜oes amarelos, deveriamos ter zero bot˜oes verdes. Absurdo, j´a que 0 ´e um n´umero par.
Para mostrar a relevˆancia do tema que estamos estudando em competi¸c˜oes de ma- tem´atica, vamos resolver dois problemas que apareceram na olimp´ıada do Leningrado (com o final na Uni˜ao Sovi´etica, passou a ser conhecida como S˜ao Petersburgo).
Problema 3. (Leningrado 1990) Paula comprou um caderno com 96 folhas, com p´aginas enumeradas de 1 a 192. Nicolas arrancou 25 folhas aleat´orias e somou todos os 50 n´umeros escritos nestas folhas. E poss´´ ıvel que esta soma seja 1990?
Solu¸c˜ao. Observe que a soma dos n´umeros escritos em uma mesma folha sempre ´e ´ımpar. Dessa forma, se Nicolas arrancou 25 folhas, a soma de todos os n´umeros ser´a ´ımpar. Pois ´e a soma de uma quantidade ´ımpar de n´umeros ´ımpares. Logo, esta soma n˜ao pode ser 1990.
Problema 4. (Leningrado 1989) Um grupo de K f´ısicos e K qu´ımicos est´a sentado ao redor de uma mesa. Alguns deles sempre falam a verdade e outros sempre mentem. Sabe-se que o n´umero de mentirosos entre os f´ısicos e qu´ımicos ´e o mesmo. Quando foi perguntado: “Qual ´e a profiss˜ao de seu vizinho da direita?”, todos responderam “Qu´ımico.” Mostre que K ´e par.
Solu¸c˜ao. Pela resposta das pessoas do grupo, podemos concluir que do lado esquerdo de um f´ısico sempre est´a sentado um mentiroso e que do lado direito de um mentiroso sempre existe um f´ısico. Ent˜ao, o n´umero de f´ısicos ´e igual ao n´umero de mentirosos, que ´e clara- mente par. Ent˜ao K ´e par.
Problema 5. Um gafanhoto vive na reta coordenada. Inicialmente, ele se encontra no ponto
- Ele pode pular 1 ou 5 unidades, tanto para direita quanto para esquerda. Por´em, a reta coordenada possui buracos em todos os pontos que s˜ao m´ultiplos de 4 (i.e. existem buracos nos pontos − 4 , 0 , 4 , 8 etc), ent˜ao ele n˜ao pode pular para estes pontos. Pode o gafanhoto chegar ao ponto 3 ap´os 2003 saltos?
Solu¸c˜ao. Note que a cada salto, muda a paridade do ponto em que o gafanhoto se encon- tra. Logo, ap´os 2003 saltos, ele estar´a em uma coordenada par. Portanto, n˜ao pode ser 3.
O ´ultimo da fila deve olhar para a frente e contar o n´umero de chap´eus pretos. Se este n´umero for ´ımpar, ele deve gritar preto. Caso contr´ario, ele deve gritar branco. Com isso, todos ficam sabendo a paridade da quantidade de chap´eus pretos que existem entre os nove da fila.
Agora, o pen´ultimo vai olhar para frente e ver a quantidade de chap´eis pretos. Se a paridade continuar a mesma informada pelo ´ultimo, ent˜ao seu chap´eu ´e branco. Se mudar, ele pode concluir que seu chap´eu ´e preto. E isto pode ser feito para todos os membros da fila, pois todos saber˜ao a cor dos chap´eus dos anteriores (tirando a cor do chap´eu do ´ultimo) e a paridade dos chap´eus pretos que existem entre os nove primeiros.
Portanto, ´e poss´ıvel salvar os nove primeiros, enquanto o ´ultimo pode ser salvo, se ele tiver sorte!
Vale ressaltar que as ideias presentes nesta aula ser˜ao de certa forma generalizadas em aulas futuras como nas aulas de tabuleiros e invariantes.
Problemas Propostos
Problema 6. Existe alguma solu¸c˜ao inteira para a equa¸c˜ao a · b · (a − b) = 45045.
Problema 7. E poss´´ ıvel que as seis diferen¸cas entre dois elementos de um conjunto de quatro n´umeros inteiros serem iguais a 2, 2, 3, 4, 4 e 6?
Problema 8. Raul falou que tinha dois anos a mais que K´atia. K´atia falou que tinha o dobro da idade de Pedro. Pedro falou que Raul tinha 17 anos. Mostre que um deles mentiu.
Problema 9. (Torneio das Cidades 1987) Uma m´aquina d´a cinco fichas vermelhas quando algu´em insere uma ficha azul e d´a cinco fichas azuis quando algu´em insere uma ficha ver- melha. Pedro possui apenas uma ficha azul e deseja obter a mesma quantidade de fichas azuis e vermelhas usando essa m´aquina. E poss´´ ıvel fazer isto?
Problema 10. (R´ussia 2004) E poss´´ ıvel colocarmos n´umeros inteiros positivos nas casas de um tabuleiro 9 × 2004 de modo que a soma dos n´umeros de cada linha e a soma dos n´umeros de cada coluna sejam primos? Justifique sua resposta.
Problema 11. *(Ucrˆania 1997) Considere um tabuleiro pintado de preto e branco da ma- neira usual e, em cada casa do tabuleiro, escreva um n´umero inteiro, de modo que a soma dos n´umeros em cada coluna e em cada linha ´e par. Mostre que a soma dos n´umeros nas casas pretas ´e par.
Dicas e Solu¸c˜oes
- Analise as quatro possibilidades de paridade do par (a, b).
- Se x e y s˜ao n´umeros inteiros, x + y e x − y possuem a mesma paridade.
- Sejam R, K e P as idades de Raul, K´atia e Pedro respectivamente. Suponha que todos tenham falado a verdade. Temos que
R = K + 2
K = 2P Dessa forma, podemos concluir que a idade de Raul ´e par. Por outro lado, 17 ´e um n´umero ´ımpar.
- Sejam x e y as quantidades de fichas azuis e vermelhas. Observe que x + y ´e sempre ´ımpar.
- Suponha que seja poss´ıvel fazer tal constru¸c˜ao. Sejam L 1 , L 2 , ..., L 9 as somas dos n´umeros de cada uma das 9 linhas, e C 1 , C 2 , ..., C 2004 as somas dos n´umeros de cada uma das 2004 colunas. Como cada Li e Cj s˜ao primos, estes devem ser n´umeros ´ımpares (j´a que s˜ao soma de pelo menos nove inteiros positivos). Seja S a soma de todos os n´umeros do tabuleiro. Por um lado ter´ıamos:
S = L 1 + L 2 + · · · + L 9
donde conclu´ımos que S ´e ´ımpar, pois ´e soma de 9 ´ımpares. Por outro lado:
S = C 1 + C 2 + · · · + C 2004
e daqui concluir´ıamos que S ´e par, o que ´e um absurdo. Logo tal constru¸c˜ao n˜ao ´e poss´ıvel.
- Seja ai,j o n´umero escrito na casa da i-´esima linha e da j-´esima coluna, 1 ≤ i ≤ 1998 e 1 ≤ j ≤ 2002. A casa (i, j) ´e branca se e somente se i e j possuem a mesma paridade.
L =
∑^999
i=
j=
a 2 i− 1 ,j
´e a soma dos n´umeros nas 999 linhas de ordem ´ımpar. Como a soma dos n´umeros de cada linha ´e ´ımpar, L ´e ´ımpar. De maneira an´aloga, a soma dos n´umeros nas 1001 colunas de ordem par
C =
j=
i=
a 2 j,i
