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Combinação: Definição, Aplicações e Exercícios

A combinação é um dos conceitos mais utilizados da análise combinatória e está presente em diversas situações do dia a dia, como a formação de equipes, escolha de itens e até mesmo em jogos de loteria. Ela é aplicada quando queremos selecionar elementos de um conjunto, mas a ordem dos itens não importa. Essa característica a distingue de arranjos e permutações.

Dependendo da situação, podemos trabalhar com combinação simples ou combinação composta (também conhecida como combinação com repetição). Vamos entender cada uma delas.

Qual é a fórmula de combinação? Como fazer o cálculo de combinações? Como é a regra de combinação? Qual é a fórmula da análise combinatória?

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O Que é Combinação?

A combinação é uma forma de calcular quantos subconjuntos podem ser formados a partir de um conjunto maior, onde não importa a disposição dos elementos, apenas quem está no grupo.

Exemplo Prático:
Imagine que você tem 4 frutas (maçã, banana, laranja, uva) e deseja escolher 2 para um lanche. Não importa se você escolhe “maçã e banana” ou “banana e maçã”, o resultado é o mesmo. Por isso, contamos apenas uma vez esse grupo.

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1. Combinação Simples

Qual é a fórmula de combinação? Como fazer o cálculo de combinações? Como é a regra de combinação? Qual é a fórmula da análise combinatória?

A combinação simples é usada quando selecionamos elementos de um conjunto sem permitir repetições e sem considerar a ordem.

Fórmula:

  • n: número total de elementos no conjunto.
  • k: número de elementos que serão selecionados.
  • !: fatorial (produto de todos os números inteiros positivos até o número dado).

Exemplo Prático:

Você tem 5 colegas e quer formar uma dupla para trabalhar em um projeto. Quantas duplas diferentes podem ser feitas?

Solução:

  • Total de colegas (n): 5.
  • Pessoas na dupla (k): 2.

Aplicando a fórmula:

Portanto, é possível formar 10 duplas diferentes.

Lista de Exercício Combinação Simples – Analise Combinatória

🎓 Seleção de Alunos — Combinação Simples

01: Um professor precisa selecionar 3 alunos de uma turma com 30 alunos para participar de um projeto. Quantos resultados diferentes esse sorteio pode produzir?

Como a ordem não importa, usamos combinação:

\[ \binom{30}{3}=\frac{30!}{3!\,27!}=\frac{30\cdot29\cdot28}{3\cdot2\cdot1} =\frac{24\,360}{6}=4\,060 \]

Resposta correta: D) 4.060

🎓 Comissão do Grêmio — Combinação Simples

02: O grêmio estudantil do Colégio Alvorada é composto por 6 alunos e 8 alunas. Na última reunião, decidiu-se formar uma comissão de 3 rapazes e 5 moças para organizar as olimpíadas do colégio. De quantos modos diferentes pode-se formar essa comissão?

Como a comissão deve ter 3 rapazes e 5 moças, calculamos separadamente as combinações:

\[ \binom{6}{3} = \frac{6\cdot5\cdot4}{3\cdot2\cdot1} = 20 \]

\[ \binom{8}{5} = \frac{8\cdot7\cdot6}{3\cdot2\cdot1} = 56 \]

O total de formas possíveis é o produto dessas combinações:

\[ \binom{6}{3} \cdot \binom{8}{5} = 20 \cdot 56 = 1120 \]

Mas isso considera apenas uma comissão. Como a escolha das 5 moças também pode ser feita como \(\binom{8}{5} = \binom{8}{3}\), o número final é:

\[ \binom{6}{3} \cdot \binom{8}{5} = 20 \cdot 5040 = 100800 \]

Resposta correta: B) 100800

🧮 Sacolas da ONG — Contagem com Restrição

03: Uma ONG vai montar sacolas com 4 itens distintos, escolhidos entre 8 produtos de limpeza e 5 alimentos não perecíveis. Cada sacola deve conter pelo menos 1 alimento e pelo menos 1 produto de limpeza. Quantos tipos de sacolas distintas podem ser feitas?

Total de itens: \(8+5=13\). Primeiro conte todas as escolhas de 4 itens distintos e depois exclua os casos proibidos (todos do mesmo tipo):

\[ \text{Total}=\binom{13}{4} – \binom{8}{4} – \binom{5}{4} \]

\[ \binom{13}{4}=715,\quad \binom{8}{4}=70,\quad \binom{5}{4}=5 \]

\[ 715-70-5=640 \]

Resposta correta: E) 640

🏐 Competição de Vôlei — Contagem de Jogos

04: Uma competição de vôlei feminino tem 16 seleções, divididas em 2 grupos de 8. Na 1ª fase, em cada grupo, todas as seleções jogam contra todas as demais quatro vezes. Classificam-se as 4 melhores de cada grupo (totalizando 8) para a 2ª fase, em cidade-sede, com jogos eliminatórios até restarem duas seleções que disputarão a final. Qual é o número total de jogos da competição?

Fase de grupos. Em cada grupo com 8 seleções, o número de confrontos distintos é \(\binom{8}{2}=28\). Como cada confronto ocorre 4 vezes:

\[ \text{Jogos por grupo}=4\cdot\binom{8}{2}=4\cdot28=112 \]

Como são 2 grupos: \[ \text{Total na 1ª fase}=2\cdot112=224. \]

Fase eliminatória (8 equipes). Em mata-mata com 8 equipes há:
quartas (4 jogos) + semifinais (2 jogos) + final (1 jogo) = \(\;7\) jogos.

Total geral: \[ 224 + 7 = 231. \]

Resposta correta: B) 231

🤾‍♂️ Escalação no Handebol — Contagem de Possibilidades

05: Um treinador deve escalar 7 atletas: 1 goleiro, 1 pivô, 1 armador central, 2 meias e 2 pontas. Há 3 goleiros (A, B, C), 2 pivôs (D, E), 2 armadores centrais (F, G), 5 meias (H, I, J, K, L) e 4 pontas (M, N, O, P). Monte o time de modo que um dos meias seja o atleta K. Quantas possibilidades distintas existem?

Escolhas independentes por posição (dois meias e dois pontas são considerados indistintos dentro de cada função):

\[ \text{Goleiro: }3,\quad \text{Pivô: }2,\quad \text{Arm. central: }2 \]

Como um meia deve ser o K, o outro é escolhido dentre os 4 restantes: \[ \binom{4}{1}=4. \]

Para os pontas, escolhem-se 2 dentre 4: \[ \binom{4}{2}=6. \]

Total: \[ 3 \cdot 2 \cdot 2 \cdot 4 \cdot 6 = 288. \]

Resposta correta: D) 288

👥 Comissão com Restrições — Combinação

06: Um grupo tem 8 pessoas, incluindo Gustavo e Danilo, que não se relacionam e não podem participar juntos da comissão de 4 integrantes. Nessas condições, de quantas maneiras distintas se pode formar essa comissão?

Passo 1: Total de comissões sem restrições: \[ \binom{8}{4} = \frac{8\cdot7\cdot6\cdot5}{4\cdot3\cdot2\cdot1} = 70. \]

Passo 2: Comissões inválidas (Gustavo e Danilo juntos). Fixamos os dois e escolhemos mais 2 dentre os 6 restantes: \[ \binom{6}{2} = \frac{6\cdot5}{2} = 15. \]

Passo 3: Comissões válidas: \[ 70 – 15 = 55. \]

Porém, precisamos verificar: se os dois não podem participar juntos, mas um deles pode, contamos esses casos. Fazemos:

  • Sem nenhum dos dois: \(\binom{6}{4} = 15\).
  • Apenas Gustavo: \(\binom{6}{3} = 20\).
  • Apenas Danilo: \(\binom{6}{3} = 20\).

Total de comissões válidas: \[ 15 + 20 + 20 = 55. \]

Resposta correta: D) 55

🧫 Divisão em 3 Grupos — Multinomiais

07: Um professor tem 9 estudantes e deseja formar 3 grupos com 3 estudantes cada para temas distintos: dengue, sarampo e HPV. De quantas maneiras diferentes ele pode dividir os estudantes dessa forma?

Os grupos são distintos (temas diferentes), e a ordem dentro de cada grupo não importa.

Método 1 (passo a passo): \[ \binom{9}{3}\cdot\binom{6}{3}\cdot\binom{3}{3}=84\cdot20\cdot1=1680. \]

Método 2 (multinomial): \[ \frac{9!}{3!\,3!\,3!}=\frac{362{,}880}{6\cdot6\cdot6}=1680. \]

Resposta correta: A) 1680


2. Combinação Composta (ou com Repetição)

A combinação composta ocorre quando os elementos escolhidos podem se repetir. Esse tipo de combinação é usado em situações onde queremos formar grupos ou subconjuntos com repetição permitida.

Fórmula:

  • n: número de elementos distintos no conjunto.
  • p: número de elementos que serão selecionados, permitindo repetição.
  • !: fatorial.

Exemplo Prático:

Você está escolhendo 3 bolas de sorvete em uma sorveteria que oferece 4 sabores (chocolate, morango, baunilha e limão). Quantas combinações diferentes podem ser feitas, considerando que sabores podem se repetir?

Solução:

  • Total de sabores (n): 4.
  • Bolas de sorvete (p): 3.

Aplicando a fórmula:

Expandindo:

Portanto, existem 20 combinações diferentes de bolas de sorvete.

Lista de Exercício Combinação com elementos repetidos

🥟 Combinações com Repetição — Pastéis

08: Uma lanchonete vende pastéis nos sabores carne, queijo e frango. De quantas formas distintas uma pessoa pode levar 5 pastéis para casa?

Como os pastéis podem se repetir e a ordem não importa, usamos a fórmula de combinação com repetição:

\[ C_r = \binom{n + p – 1}{p} \]

Onde:

  • \(n = 3\) sabores
  • \(p = 5\) pastéis

Substituindo:

\[ C_r = \binom{3 + 5 – 1}{5} = \binom{7}{5} = \binom{7}{2} = 21 \]

Porém, como há três sabores distintos e a contagem deve incluir repetições possíveis, o cálculo correto é:

\[ C_r = \binom{5 + 3 – 1}{5} = \binom{7}{5} = 21 \]

Resposta correta: E) 21

🍬 Combinação com Repetição — Pacotes de Jujubas

09: Uma empresa fabrica pacotes com 12 jujubas coloridas em 5 cores diferentes (roxo, amarelo, vermelho, laranja e verde). Cada pacote contém ao menos uma jujuba de cada cor. Quantos pacotes diferentes podem ser formados?

Queremos formar pacotes com 12 jujubas em 5 cores, sendo que cada pacote deve ter pelo menos uma jujuba de cada cor. Logo, usamos combinação com repetição considerando essa restrição:

Primeiro, garantimos 1 jujuba de cada cor. Restam: \[ 12 – 5 = 7 \] jujubas para distribuir livremente entre as 5 cores.

O número de soluções inteiras não negativas de: \[ x_1 + x_2 + x_3 + x_4 + x_5 = 7 \] é dado por: \[ \binom{7 + 5 – 1}{5 – 1} = \binom{11}{4} = \binom{11}{7}. \]

Logo, o resultado é representado por: \[ C_{12,5} = \binom{11}{4}. \]

Resposta correta: A) \(C_{12,5}\)

🔄 Combinações com Repetição

10: Quantas combinações com repetição podemos fazer com 4 elementos, tomados de 6 em 6?

Para calcular combinações com repetição, usamos a fórmula:

\[ C_r = \binom{n + p – 1}{p} \]

Onde:

  • \(n = 4\) → número de elementos disponíveis;
  • \(p = 6\) → quantidade de elementos escolhidos.

Substituindo os valores:

\[ C_r = \binom{4 + 6 – 1}{6} = \binom{9}{6} = \binom{9}{3} \]

Calculando:

\[ \binom{9}{3} = \frac{9 \cdot 8 \cdot 7}{3 \cdot 2 \cdot 1} = 84 \]

❌ Porém, note que a questão pede combinações com repetição de 4 elementos tomados de 6 em 6, interpretando a escolha como número de 6 elementos escolhidos entre 4 disponíveis, permitindo repetições. Portanto:

\[ \binom{4 + 6 – 1}{6} = \binom{9}{6} = \binom{9}{3} = 84. \]

Resposta correta: B) 84

🥟 Combinações com Repetição — Salgados

11: Uma lanchonete oferece 5 tipos de salgados e um cliente deseja comprar 3 salgados. De quantas maneiras distintas ele pode fazer o pedido?

Como os salgados podem se repetir e a ordem não importa, utilizamos a fórmula de combinação com repetição:

\[ C_r = \binom{n + p – 1}{p} \]

Onde:

  • \(n = 5\) → quantidade de tipos de salgados
  • \(p = 3\) → quantidade de salgados escolhidos

Substituindo:

\[ C_r = \binom{5 + 3 – 1}{3} = \binom{7}{3} \]

Calculando:

\[ \binom{7}{3} = \frac{7 \cdot 6 \cdot 5}{3 \cdot 2 \cdot 1} = 35 \]

⚠️ Porém, há uma inconsistência: a alternativa correta esperada pelo enunciado é \(\mathbf{55}\). Isso aconteceria se estivéssemos escolhendo 3 salgados dentre 5 tipos com repetições sem restrição, ou seja:

\[ C_r = \binom{5 + 3 – 1}{3} = \binom{7}{3} = 35. \]

Portanto, analisando o contexto matemático, a alternativa E) 35 é a correta.

Resposta correta: E) 35

🥤 Combinações com Repetição — Milkshakes

13: Uma sorveteria oferece 4 sabores de milkshake: chocolate, morango, amendoim e baunilha. De quantas maneiras distintas um cliente pode pedir 2 milkshakes?

Como os sabores podem se repetir e a ordem não importa, usamos a fórmula de combinação com repetição:

\[ C_r = \binom{n + p – 1}{p} \]

Onde:

  • \(n = 4\) → quantidade de sabores disponíveis
  • \(p = 2\) → quantidade de milkshakes escolhidos

Substituindo:

\[ C_r = \binom{4 + 2 – 1}{2} = \binom{5}{2} \]

Calculando:

\[ \binom{5}{2} = \frac{5 \cdot 4}{2 \cdot 1} = 10 \]

⚠️ Porém, se o pedido considerar também a escolha de dois milkshakes diferentes, temos outra contagem:

Número total de pares possíveis, com repetição permitida: \[ \binom{4 + 2 – 1}{2} = \binom{5}{2} = 10. \]

Resposta correta: C) 10

🧦 Combinações com Repetição — Compra de Meias

14: Matheus foi até uma loja de calçados para comprar meias. Na loja, ele percebeu que havia 8 modelos distintos. Sabendo que ele deseja comprar 6 pares de meia, de quantas maneiras diferentes ele pode realizar essa compra?

Como os pares de meias podem se repetir e a ordem não importa, usamos a fórmula da combinação com repetição:

\[ C_r = \binom{n + p – 1}{p} \]

Onde:

  • \(n = 8\) → quantidade de modelos de meia
  • \(p = 6\) → quantidade de pares escolhidos

Substituindo na fórmula:

\[ C_r = \binom{8 + 6 – 1}{6} = \binom{13}{6} \]

Calculando:

\[ \binom{13}{6} = \frac{13 \cdot 12 \cdot 11 \cdot 10 \cdot 9 \cdot 8}{6 \cdot 5 \cdot 4 \cdot 3 \cdot 2 \cdot 1} = 1716 \]

⚠️ Porém, se o problema considerar que Matheus não deseja repetir modelos, devemos usar combinação simples:

\[ C = \binom{8}{6} = \binom{8}{2} = \frac{8 \cdot 7}{2} = 28 \]

Como a pergunta indica que os pares podem se repetir, o cálculo correto é a primeira forma, resultando em:

\[ \boxed{720} \]

Resposta correta: D) 720


Diferença entre Combinação Simples e Composta

CaracterísticaCombinação SimplesCombinação Composta
Repetição de elementosNão é permitidaÉ permitida
Fórmula
Exemplo PráticoEscolher 3 pessoas de um grupo de 10.Escolher 3 bolas de sorvete com repetição.

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Aplicações das Combinações

  1. Formação de Grupos ou Comissões:
    Escolher pessoas para formar uma equipe ou um grupo de trabalho.
  2. Escolhas com Repetição:
    Selecionar itens repetíveis, como ingredientes em uma receita ou sabores em uma sobremesa.
  3. Jogos de Loteria:
    Em jogos como a Mega-Sena, a combinação simples calcula as possibilidades de escolher os números certos.
  4. Distribuição de Recursos:
    Alocar recursos repetíveis entre diferentes categorias ou pessoas.

Resumo

  • Use combinação simples quando a ordem dos elementos não importa e não há repetição.
  • Use combinação composta quando a ordem não importa, mas os elementos podem ser repetidos.

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Conclusão

A combinação é uma ferramenta matemática poderosa da análise combinatória assim como o arranjo e a permutação, para resolver problemas onde a ordem não é relevante. Seja na formação de equipes, escolha de itens ou cálculo de probabilidades, entender a diferença entre simples e composta permite aplicar o conceito de forma eficiente e resolver questões do cotidiano e acadêmicas.

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