Permutação Simples, Circular e com Repetição

Quando pensamos em organizar ou rearranjar objetos, estamos lidando com o conceito de permutação. Esse princípio fundamental da análise combinatória é amplamente usado para resolver problemas onde a ordem dos elementos importa. Desde organizar livros em uma prateleira até criar senhas, as permutações ajudam a calcular todas as possibilidades.

Neste artigo, vamos desvendar as permutações de forma simples e prática, abordando os dois tipos principais: permutação simples e permutação com elementos repetidos.

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O Que é Permutação?

A permutação se refere ao número de maneiras pelas quais podemos organizar ou rearranjar elementos em diferentes ordens. Quando reorganizamos todos os elementos de um conjunto, estamos criando permutações.

Por exemplo:

• Ao organizar as letras A, B e C, podemos formar: ABC, ACB, BAC, BCA, CAB, CBA.
• Aqui, a ordem importa, pois ABC é diferente de CAB.

1. Permutação Simples

A permutação simples é utilizada quando todos os elementos de um conjunto são únicos, ou seja, não há repetição. O número de permutações é dado pelo fatorial (n!) do total de elementos (n).

Como Calcular?

A fórmula para permutação simples é: P(n) = n!

Onde n!n! (lê-se “n fatorial”) é o produto de todos os números inteiros positivos até nn.

Exemplo Prático:

Imagine que você tem 4 livros diferentes e deseja organizá-los em uma prateleira. Quantas maneiras diferentes existem para fazer isso?

• Total de elementos: n = 4.
• Cálculo:

P(4) = 4! = 4×3×2×1 = 24

Portanto, há 24 formas diferentes de organizar os 4 livros.

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2. Permutação com Elementos Repetidos

Quando um conjunto possui elementos repetidos, reorganizá-los não cria combinações distintas. Nesse caso, usamos a fórmula de permutação com repetição para ajustar o número total de arranjos.

Como Calcular?

A fórmula é:

• n!: fatorial do número total de elementos.
• n₁, n₂, …,n_k!: fatoriais das repetições de cada elemento.

Exemplo Prático:

1 – Quantas palavras diferentes podem ser formadas com as letras da palavra “BOLA”?

• Total de letras: 4 (B, O, L, A).
• Não há repetição de letras.

Aqui, o número total de permutações será:

P(4) = 4! = 4×3×2×1 = 24

2 – Agora, considere a palavra “ANA”, onde a letra A se repete 2 vezes:

• Total de letras: 3 (A, N, A).
• A letra A se repete 2 vezes.

Cálculo:

P = 3!/2! = 6/2 = 3

As palavras formadas são: ANA, NAA, AAN.

3 – Quantas palavras diferentes podem ser formadas com as letras da palavra “BALA”?

• Total de letras: 4 (B, A, L, A).
• A letra A se repete 2 vezes.

Aqui, o número total de permutações será:

P(4) = 4!/2! = 4×3 = 12

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3. Permutação Circular

A permutação circular ocorre quando os elementos são dispostos em forma de círculo, como em uma mesa redonda. Nesse caso, a ordem importa, mas as posições relativas entre os elementos são o que realmente conta, pois girar o círculo não cria novas permutações.

Fórmula:

P_c = (n-1)!

• n: número total de elementos no círculo.

Exemplo:

Quantas maneiras diferentes 4 pessoas podem se sentar em uma mesa redonda?

Cálculo:

P_c = (4 − 1)! = 3! = 3×2×1 = 6

Portanto, há 6 maneiras de organizar as 4 pessoas ao redor da mesa.

4. Permutação Circular com Repetição

A permutação circular com repetição ocorre quando elementos repetidos são organizados em um círculo. Nesse caso, a fórmula ajusta o cálculo para levar em conta tanto as repetições quanto as redundâncias causadas pela rotação.

Fórmula:

Onde:

• n: número total de elementos.
• n1, n2, …, nk: número de repetições de cada elemento.

Exemplo Prático:

Quantas formas distintas podemos organizar 5 bolas em um círculo, sendo 3 pretas (P) e 2 brancas (B)?

Solução:

1. Total de bolas (n): 5.
2. Repetições:
   • Bolas pretas (n₁ = 3).
   • Bolas brancas (n₂ = 2).
3. Substitua na fórmula:

Substituindo os valores temos:

Calcule os fatoriais:

• 4! = 4×3×2×1 = 24
• 3! = 6
• 2! = 2

Resposta: Existem 2 arranjos únicos.

Exemplo Prático:

Quantas maneiras diferentes podemos organizar 7 flores em uma coroa circular, sendo 3 flores vermelhas e 3 flores brancas e uma rosa?

1 – Análise Combinatória – Permutação Circular com Repetição
Neste problema, estamos organizando 7 flores em uma coroa circular, sendo:

• 3 flores vermelhas,
• 3 flores brancas,
• 1 flor rosa.

Como a disposição é circular e há repetições, utilizamos a fórmula da Permutação Circular com Repetição:

2 – Entendendo o Enunciado

1. Total de flores (n=7n = 7).
2. Repetições:
   • 3 flores vermelhas (n₁ = 3),
   • 3 flores brancas (n₂ = 3),
   • 1 flor rosa (n₃ = 1).

Aplicamos a fórmula considerando as repetições e a disposição circular.

3 – Cálculo

Calculamos os fatoriais:

(7−1)! = 6! = 720

3! = 6,

1! = 1.

Substituímos:

4 – Resposta
As 7 flores (3 vermelhas, 3 brancas e 1 rosa) podem ser organizadas em uma coroa circular de 20 maneiras diferentes.

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Comparação Entre os Tipos de Permutação

Tipo	Descrição	Fórmula
Permutação Simples	Organização linear de elementos distintos.	P(n) = n!
Permutação com Repetição	Organização linear com elementos repetidos.
Permutação Circular	Organização em círculo com elementos distintos.	Pc = (n – 1)!
Permutação Circular com Repetição	Organização em círculo com elementos repetidos.

Aplicações Práticas das Permutações

1. Planejamento e Organização:
   Quantas formas diferentes você pode organizar os convidados em uma mesa de jantar? Use permutação simples para descobrir!
2. Segurança Digital:
   Ao criar senhas com caracteres únicos, as permutações ajudam a calcular o número total de combinações possíveis.
3. Jogos e Competição:
   Determinar a ordem de participantes em uma competição ou a sequência de rodadas em jogos.

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Conclusão

As permutações são um dos conceitos mais intuitivos e úteis da análise combinatória assim como a combinação e o arranjo. Elas aparecem em diversas situações práticas, desde tarefas simples como organizar objetos, até cenários mais complexos, como a criação de sistemas de segurança.

Entender a diferença entre permutação simples e com elementos repetidos é essencial dentro da matemática para aplicar o conceito de forma eficaz. Com a prática, calcular permutações se torna uma ferramenta poderosa para resolver problemas do dia a dia.