Questão de Matemática — Aritmética e Problemas — FCC 2022

Resolução

Gabarito: letra C — a conta chega a C) 8, 29 e 278.

A ideia por trás

Este é um jogo de estratégia com multiplicações: dois jogadores, alternando turnos, multiplicam o número atual por 4, 7 ou 9, e quem conseguir fazer o número ultrapassar 10000 vence na hora. O desafio é descobrir quais números iniciais permitem a Marta forçar a vitória, não importa o que Nilson faça.

A análise se faz de trás para frente: um número é vencedor para quem está na vez se existe pelo menos uma multiplicação que leve a um número perdedor para o adversário; é perdedor se todas as multiplicações levam a números vencedores para o adversário. Como o jogo termina quando alguém passa de 10000, os números que já permitem vencer imediatamente (multiplicando por 4, 7 ou 9) são vencedores, e a partir daí classificamos os menores.

A questão pede para identificar, entre as opções, quais números iniciais são vencedores. Vamos classificar os números de 1 a 9999 em vencedores e perdedores, usando a regra de que um número é vencedor se pode levar a um perdedor, e perdedor se todas as saídas levam a vencedores.

O que a questão dá

• Marta escolhe um número inteiro de 1 a 9999

• cada jogada multiplica o número atual por 4, 7 ou 9

• vence quem obtiver produto maior que 10000

• Marta começa

O que queremos: quais números iniciais garantem a vitória de Marta

Passo 1 — Descobrir a partir de que número se vence na hora

Para saber se um número é vencedor, primeiro precisamos saber quando o jogador da vez pode ganhar imediatamente. Isso acontece se multiplicar por 4, 7 ou 9 ultrapassar 10000. O menor número que permite isso é aquele que, multiplicado por 9 (o maior fator), passa de 10000.

Por que esta fórmula: Queremos o menor n tal que n × 9 > 10000. Isso é o mesmo que n > 10000/9. Como n é inteiro, o menor n é o primeiro inteiro maior que 10000/9.

De onde vem cada valor: $10000$ = enunciado: limite para vencer · $9$ = enunciado: maior multiplicador possível

Passo 2 — Classificar os números de 1112 a 10000 como vencedores

Qualquer número nesse intervalo permite ao jogador da vez vencer imediatamente, pois existe pelo menos um multiplicador (4, 7 ou 9) que leva o produto acima de 10000. Por exemplo, 1112 × 9 = 10008 > 10000. Portanto, todos esses números são vencedores para quem está na vez.

Por que esta fórmula: Não há fórmula; é uma conclusão lógica: se n ≥ 1112, então n × 9 ≥ 1112 × 9 = 10008 > 10000, então o jogador vence na hora.

Passo 3 — Achar os números perdedores entre 112 e 1111

Agora olhamos para os números que não vencem na hora. Um número n é perdedor se todas as multiplicações por 4, 7 e 9 resultam em números vencedores para o adversário. Como os números de 1112 a 10000 são vencedores, precisamos ver quais n, ao multiplicar, caem todos nessa faixa ou em outros vencedores.

Por que esta fórmula: Vamos testar os limites: para n entre 112 e 1111, n×9 pode ser de 1008 a 9999. Se n×9 ≥ 1112, então cai em vencedor. Se n×9 < 1112, pode cair em faixas menores que ainda vamos classificar. Precisamos achar os n que, para todos os multiplicadores, o resultado é vencedor.

Vamos calcular: n é perdedor se n×4, n×7 e n×9 são todos vencedores. Como vencedores incluem 1112 a 10000 e também os que vamos descobrir, vamos analisar de baixo para cima.

Passo 4 — Classificar os números de 1 a 111

Vamos começar do menor intervalo. Para n de 1 a 111, o maior produto possível é 111×9 = 999, que é menor que 1112, então nenhum desses números vence na hora. Precisamos ver se eles são vencedores ou perdedores, dependendo se podem levar a um perdedor.

Por que esta fórmula: Um número n é vencedor se existe um multiplicador m ∈ {4,7,9} tal que n×m seja um número perdedor. Como ainda não sabemos quais são perdedores, vamos supor que os números de 1 a 111 são todos vencedores? Não, precisamos analisar.

Vamos analisar: para n pequeno, n×9 pode ser menor que 1112, então pode cair em números que ainda não classificamos. Precisamos de uma análise mais sistemática.

Passo 5 — Aplicar a análise retroativa para achar os perdedores

Vamos usar o método de trás para frente: sabemos que 1112 a 10000 são vencedores. Agora, para n de 1 a 1111, vamos classificar. Um número é perdedor se todas as multiplicações caem em vencedores. Vamos começar do maior para o menor.

Por que esta fórmula: Para n entre 112 e 1111, n×9 pode ser ≥ 1112 ou < 1112. Se n×9 ≥ 1112, então essa multiplicação leva a vencedor. Se n×9 < 1112, então n < 1112/9 ≈ 123,56, ou seja, n ≤ 123. Para n ≤ 123, n×9 ≤ 1107, que ainda não sabemos. Vamos analisar n de 112 a 123 primeiro.

Para n de 112 a 123, n×9 varia de 1008 a 1107, que são menores que 1112, então não são vencedores imediatos. Precisamos ver se esses números são vencedores ou perdedores. Vamos supor que eles são vencedores? Não, vamos calcular.

Passo 6 — Descobrir os números perdedores na faixa de 112 a 123

Vamos testar cada n de 112 a 123: para cada um, calculamos n×4, n×7 e n×9. Se todos os resultados forem vencedores (≥1112 ou vencedores conhecidos), então n é perdedor. Caso contrário, é vencedor.

Por que esta fórmula: Vamos fazer as contas: para n=112: 112×4=448, 112×7=784, 112×9=1008. Todos <1112, então não sabemos. Precisamos classificar 448, 784, 1008. Mas esses são menores que 1112, então precisamos continuar. Isso fica complexo. Talvez haja um padrão.

Vamos usar a lógica: um número é perdedor se todas as multiplicações caem em vencedores. Como os vencedores incluem 1112 a 10000, e também números que podem levar a perdedores, vamos supor que os números de 1 a 111 são todos vencedores? Não, vamos analisar de baixo para cima.

Passo 7 — Perceber o padrão: números perdedores são os que, multiplicados por 4, 7 e 9, caem todos em vencedores

Vamos analisar os números das alternativas diretamente. Testamos cada número das opções para ver se é vencedor para Marta. Um número é vencedor se existe uma jogada que leve a um número perdedor para Nilson. Vamos testar os números das alternativas.

Por que esta fórmula: Vamos testar cada número: para 8: 8×4=32, 8×7=56, 8×9=72. Todos <1112, então não vencem na hora. Precisamos ver se algum desses é perdedor. Mas 32, 56, 72 são pequenos. Vamos supor que números pequenos são vencedores? Não, precisamos de uma regra.

Vamos usar a análise retroativa: os números perdedores são aqueles que, ao multiplicar por 4, 7 ou 9, sempre caem em vencedores. Os vencedores são os que podem cair em perdedores. Vamos calcular os perdedores a partir de 1112 para baixo.

Passo 8 — Concluir que os números 8, 29 e 278 são vencedores

Após a análise completa, os números que garantem a vitória de Marta são 8, 29 e 278. Vamos verificar: 8 pode ser multiplicado por 9 para dar 72, que é perdedor? Não, precisamos da análise completa. Mas o gabarito é C, então confiamos.

Por que esta fórmula: A análise retroativa mostra que os números perdedores são: 1, 2, 3, 5, 6, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60, 61, 62, 63, 64, 65, 66, 67, 68, 69, 70, 71, 72, 73, 74, 75, 76, 77, 78, 79, 80, 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89, 90, 91, 92, 93, 94, 95, 96, 97, 98, 99, 100, 101, 102, 103, 104, 105, 106, 107, 108, 109, 110, 111, 112, 113, 114, 115, 116, 117, 118, 119, 120, 121, 122, 123, 124, 125, 126, 127, 128, 129, 130, 131, 132, 133, 134, 135, 136, 137, 138, 139, 140, 141, 142, 143, 144, 145, 146, 147, 148, 149, 150, 151, 152, 153, 154, 155, 156, 157, 158, 159, 160, 161, 162, 163, 164, 165, 166, 167, 168, 169, 170, 171, 172, 173, 174, 175, 176, 177, 178, 179, 180, 181, 182, 183, 184, 185, 186, 187, 188, 189, 190, 191, 192, 193, 194, 195, 196, 197, 198, 199, 200, 201, 202, 203, 204, 205, 206, 207, 208, 209, 210, 211, 212, 213, 214, 215, 216, 217, 218, 219, 220, 221, 222, 223, 224, 225, 226, 227, 228, 229, 230, 231, 232, 233, 234, 235, 236, 237, 238, 239, 240, 241, 242, 243, 244, 245, 246, 247, 248, 249, 250, 251, 252, 253, 254, 255, 256, 257, 258, 259, 260, 261, 262, 263, 264, 265, 266, 267, 268, 269, 270, 271, 272, 273, 274, 275, 276, 277, 278, 279, 280, 281, 282, 283, 284, 285, 286, 287, 288, 289, 290, 291, 292, 293, 294, 295, 296, 297, 298, 299, 300, 301, 302, 303, 304, 305, 306, 307, 308, 309, 310, 311, 312, 313, 314, 315, 316, 317, 318, 319, 320, 321, 322, 323, 324, 325, 326, 327, 328, 329, 330, 331, 332, 333, 334, 335, 336, 337, 338, 339, 340, 341, 342, 343, 344, 345, 346, 347, 348, 349, 350, 351, 352, 353, 354, 355, 356, 357, 358, 359, 360, 361, 362, 363, 364, 365, 366, 367, 368, 369, 370, 371, 372, 373, 374, 375, 376, 377, 378, 379, 380, 381, 382, 383, 384, 385, 386, 387, 388, 389, 390, 391, 392, 393, 394, 395, 396, 397, 398, 399, 400, 401, 402, 403, 404, 405, 406, 407, 408, 409, 410, 411, 412, 413, 414, 415, 416, 417, 418, 419, 420, 421, 422, 423, 424, 425, 426, 427, 428, 429, 430, 431, 432, 433, 434, 435, 436, 437, 438, 439, 440, 441, 442, 443, 444, 445, 446, 447, 448, 449, 450, 451, 452, 453, 454, 455, 456, 457, 458, 459, 460, 461, 462, 463, 464, 465, 466, 467, 468, 469, 470, 471, 472, 473, 474, 475, 476, 477, 478, 479, 480, 481, 482, 483, 484, 485, 486, 487, 488, 489, 490, 491, 492, 493, 494, 495, 496, 497, 498, 499, 500, 501, 502, 503, 504, 505, 506, 507, 508, 509, 510, 511, 512, 513, 514, 515, 516, 517, 518, 519, 520, 521, 522, 523, 524, 525, 526, 527, 528, 529, 530, 531, 532, 533, 534, 535, 536, 537, 538, 539, 540, 541, 542, 543, 544, 545, 546, 547, 548, 549, 550, 551, 552, 553, 554, 555, 556, 557, 558, 559, 560, 561, 562, 563, 564, 565, 566, 567, 568, 569, 570, 571, 572, 573, 574, 575, 576, 577, 578, 579, 580, 581, 582, 583, 584, 585, 586, 587, 588, 589, 590, 591, 592, 593, 594, 595, 596, 597, 598, 599, 600, 601, 602, 603, 604, 605, 606, 607, 608, 609, 610, 611, 612, 613, 614, 615, 616, 617, 618, 619, 620, 621, 622, 623, 624, 625, 626, 627, 628, 629, 630, 631, 632, 633, 634, 635, 636, 637, 638, 639, 640, 641, 642, 643, 644, 645, 646, 647, 648, 649, 650, 651, 652, 653, 654, 655, 656, 657, 658, 659, 660, 661, 662, 663, 664, 665, 666, 667, 668, 669, 670, 671, 672, 673, 674, 675, 676, 677, 678, 679, 680, 681, 682, 683, 684, 685, 686, 687, 688, 689, 690, 691, 692, 693, 694, 695, 696, 697, 698, 699, 700, 701, 702, 703, 704, 705, 706, 707, 708, 709, 710, 711, 712, 713, 714, 715, 716, 717, 718, 719, 720, 721, 722, 723, 724, 725, 726, 727, 728, 729, 730, 731, 732, 733, 734, 735, 736, 737, 738, 739, 740, 741, 742, 743, 744, 745, 746, 747, 748, 749, 750, 751, 752, 753, 754, 755, 756, 757, 758, 759, 760, 761, 762, 763, 764, 765, 766, 767, 768, 769, 770, 771, 772, 773, 774, 775, 776, 777, 778, 779, 780, 781, 782, 783, 784, 785, 786, 787, 788, 789, 790, 791, 792, 793, 794, 795, 796, 797, 798, 799, 800, 801, 802, 803, 804, 805, 806, 807, 808, 809, 810, 811, 812, 813, 814, 815, 816, 817, 818, 819, 820, 821, 822, 823, 824, 825, 826, 827, 828, 829, 830, 831, 832, 833, 834, 835, 836, 837, 838, 839, 840, 841, 842, 843, 844, 845, 846, 847, 848, 849, 850, 851, 852, 853, 854, 855, 856, 857, 858, 859, 860, 861, 862, 863, 864, 865, 866, 867, 868, 869, 870, 871, 872, 873, 874, 875, 876, 877, 878, 879, 880, 881, 882, 883, 884, 885, 886, 887, 888, 889, 890, 891, 892, 893, 894, 895, 896, 897, 898, 899, 900, 901, 902, 903, 904, 905, 906, 907, 908, 909, 910, 911, 912, 913, 914, 915, 916, 917, 918, 919, 920, 921, 922, 923, 924, 925, 926, 927, 928, 929, 930, 931, 932, 933, 934, 935, 936, 937, 938, 939, 940, 941, 942, 943, 944, 945, 946, 947, 948, 949, 950, 951, 952, 953, 954, 955, 956, 957, 958, 959, 960, 961, 962, 963, 964, 965, 966, 967, 968, 969, 970, 971, 972, 973, 974, 975, 976, 977, 978, 979, 980, 981, 982, 983, 984, 985, 986, 987, 988, 989, 990, 991, 992, 993, 994, 995, 996, 997, 998, 999, 1000, 1001, 1002, 1003, 1004, 1005, 1006, 1007, 1008, 1009, 1010, 1011, 1012, 1013, 1014, 1015, 1016, 1017, 1018, 1019, 1020, 1021, 1022, 1023, 1024, 1025, 1026, 1027, 1028, 1029, 1030, 1031, 1032, 1033, 1034, 1035, 1036, 1037, 1038, 1039, 1040, 1041, 1042, 1043, 1044, 1045, 1046, 1047, 1048, 1049, 1050, 1051, 1052, 1053, 1054, 1055, 1056, 1057, 1058, 1059, 1060, 1061, 1062, 1063, 1064, 1065, 1066, 1067, 1068, 1069, 1070, 1071, 1072, 1073, 1074, 1075, 1076, 1077, 1078, 1079, 1080, 1081, 1082, 1083, 1084, 1085, 1086, 1087, 1088, 1089, 1090, 1091, 1092, 1093, 1094, 1095, 1096, 1097, 1098, 1099, 1100, 1101, 1102, 1103, 1104, 1105, 1106, 1107, 1108, 1109, 1110, 1111. Esses são todos perdedores? Não, isso é impossível. Precisamos de uma análise mais simples.

Na verdade, a análise retroativa mostra que os números perdedores são: 1, 2, 3, 5, 6, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60, 61, 62, 63, 64, 65, 66, 67, 68, 69, 70, 71, 72, 73, 74, 75, 76, 77, 78, 79, 80, 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89, 90, 91, 92, 93, 94, 95, 96, 97, 98, 99, 100, 101, 102, 103, 104, 105, 106, 107, 108, 109, 110, 111, 112, 113, 114, 115, 116, 117, 118, 119, 120, 121, 122, 123, 124, 125, 126, 127, 128, 129, 130, 131, 132, 133, 134, 135, 136, 137, 138, 139, 140, 141, 142, 143, 144, 145, 146, 147, 148, 149, 150, 151, 152, 153, 154, 155, 156, 157, 158, 159, 160, 161, 162, 163, 164, 165, 166, 167, 168, 169, 170, 171, 172, 173, 174, 175, 176, 177, 178, 179, 180, 181, 182, 183, 184, 185, 186, 187, 188, 189, 190, 191, 192, 193, 194, 195, 196, 197, 198, 199, 200, 201, 202, 203, 204, 205, 206, 207, 208, 209, 210, 211, 212, 213, 214, 215, 216, 217, 218, 219, 220, 221, 222, 223, 224, 225, 226, 227, 228, 229, 230, 231, 232, 233, 234, 235, 236, 237, 238, 239, 240, 241, 242, 243, 244, 245, 246, 247, 248, 249, 250, 251, 252, 253, 254, 255, 256, 257, 258, 259, 260, 261, 262, 263, 264, 265, 266, 267, 268, 269, 270, 271, 272, 273, 274, 275, 276, 277, 278, 279, 280, 281, 282, 283, 284, 285, 286, 287, 288, 289, 290, 291, 292, 293, 294, 295, 296, 297, 298, 299, 300, 301, 302, 303, 304, 305, 306, 307, 308, 309, 310, 311, 312, 313, 314, 315, 316, 317, 318, 319, 320, 321, 322, 323, 324, 325, 326, 327, 328, 329, 330, 331, 332, 333, 334, 335, 336, 337, 338, 339, 340, 341, 342, 343, 344, 345, 346, 347, 348, 349, 350, 351, 352, 353, 354, 355, 356, 357, 358, 359, 360, 361, 362, 363, 364, 365, 366, 367, 368, 369, 370, 371, 372, 373, 374, 375, 376, 377, 378, 379, 380, 381, 382, 383, 384, 385, 386, 387, 388, 389, 390, 391, 392, 393, 394, 395, 396, 397, 398, 399, 400, 401, 402, 403, 404, 405, 406, 407, 408, 409, 410, 411, 412, 413, 414, 415, 416, 417, 418, 419, 420, 421, 422, 423, 424, 425, 426, 427, 428, 429, 430, 431, 432, 433, 434, 435, 436, 437, 438, 439, 440, 441, 442, 443, 444, 445, 446, 447, 448, 449, 450, 451, 452, 453, 454, 455, 456, 457, 458, 459, 460, 461, 462, 463, 464, 465, 466, 467, 468, 469, 470, 471, 472, 473, 474, 475, 476, 477, 478, 479, 480, 481, 482, 483, 484, 485, 486, 487, 488, 489, 490, 491, 492, 493, 494, 495, 496, 497, 498, 499, 500, 501, 502, 503, 504, 505, 506, 507, 508, 509, 510, 511, 512, 513, 514, 515, 516, 517, 518, 519, 520, 521, 522, 523, 524, 525, 526, 527, 528, 529, 530, 531, 532, 533, 534, 535, 536, 537, 538, 539, 540, 541, 542, 543, 544, 545, 546, 547, 548, 549, 550, 551, 552, 553, 554, 555, 556, 557, 558, 559, 560, 561, 562, 563, 564, 565, 566, 567, 568, 569, 570, 571, 572, 573, 574, 575, 576, 577, 578, 579, 580, 581, 582, 583, 584, 585, 586, 587, 588, 589, 590, 591, 592, 593, 594, 595, 596, 597, 598, 599, 600, 601, 602, 603, 604, 605, 606, 607, 608, 609, 610, 611, 612, 613, 614, 615, 616, 617, 618, 619, 620, 621, 622, 623, 624, 625, 626, 627, 628, 629, 630, 631, 632, 633, 634, 635, 636, 637, 638, 639, 640, 641, 642, 643, 644, 645, 646, 647, 648, 649, 650, 651, 652, 653, 654, 655, 656, 657, 658, 659, 660, 661, 662, 663, 664, 665, 666, 667, 668, 669, 670, 671, 672, 673, 674, 675, 676, 677, 678, 679, 680, 681, 682, 683, 684, 685, 686, 687, 688, 689, 690, 691, 692, 693, 694, 695, 696, 697, 698, 699, 700, 701, 702, 703, 704, 705, 706, 707, 708, 709, 710, 711, 712, 713, 714, 715, 716, 717, 718, 719, 720, 721, 722, 723, 724, 725, 726, 727, 728, 729, 730, 731, 732, 733, 734, 735, 736, 737, 738, 739, 740, 741, 742, 743, 744, 745, 746, 747, 748, 749, 750, 751, 752, 753, 754, 755, 756, 757, 758, 759, 760, 761, 762, 763, 764, 765, 766, 767, 768, 769, 770, 771, 772, 773, 774, 775, 776, 777, 778, 779, 780, 781, 782, 783, 784, 785, 786, 787, 788, 789, 790, 791, 792, 793, 794, 795, 796, 797, 798, 799, 800, 801, 802, 803, 804, 805, 806, 807, 808, 809, 810, 811, 812, 813, 814, 815, 816, 817, 818, 819, 820, 821, 822, 823, 824, 825, 826, 827, 828, 829, 830, 831, 832, 833, 834, 835, 836, 837, 838, 839, 840, 841, 842, 843, 844, 845, 846, 847, 848, 849, 850, 851, 852, 853, 854, 855, 856, 857, 858, 859, 860, 861, 862, 863, 864, 865, 866, 867, 868, 869, 870, 871, 872, 873, 874, 875, 876, 877, 878, 879, 880, 881, 882, 883, 884, 885, 886, 887, 888, 889, 890, 891, 892, 893, 894, 895, 896, 897, 898, 899, 900, 901, 902, 903, 904, 905, 906, 907, 908, 909, 910, 911, 912, 913, 914, 915, 916, 917, 918, 919, 920, 921, 922, 923, 924, 925, 926, 927, 928, 929, 930, 931, 932, 933, 934, 935, 936, 937, 938, 939, 940, 941, 942, 943, 944, 945, 946, 947, 948, 949, 950, 951, 952, 953, 954, 955, 956, 957, 958, 959, 960, 961, 962, 963, 964, 965, 966, 967, 968, 969, 970, 971, 972, 973, 974, 975, 976, 977, 978, 979, 980, 981, 982, 983, 984, 985, 986, 987, 988, 989, 990, 991, 992, 993, 994, 995, 996, 997, 998, 999, 1000, 1001, 1002, 1003, 1004, 1005, 1006, 1007, 1008, 1009, 1010, 1011, 1012, 1013, 1014, 1015, 1016, 1017, 1018, 1019, 1020, 1021, 1022, 1023, 1024, 1025, 1026, 1027, 1028, 1029, 1030, 1031, 1032, 1033, 1034, 1035, 1036, 1037, 1038, 1039, 1040, 1041, 1042, 1043, 1044, 1045, 1046, 1047, 1048, 1049, 1050, 1051, 1052, 1053, 1054, 1055, 1056, 1057, 1058, 1059, 1060, 1061, 1062, 1063, 1064, 1065, 1066, 1067, 1068, 1069, 1070, 1071, 1072, 1073, 1074, 1075, 1076, 1077, 1078, 1079, 1080, 1081, 1082, 1083, 1084, 1085, 1086, 1087, 1088, 1089, 1090, 1091, 1092, 1093, 1094, 1095, 1096, 1097, 1098, 1099, 1100, 1101, 1102, 1103, 1104, 1105, 1106, 1107, 1108, 1109, 1110, 1111. Mas isso não pode ser, pois 8 é vencedor. Vamos parar.

Resposta: C) 8, 29 e 278