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Fatorial: o que cai no ENEM e nos vestibulares

O fatorial é uma das ferramentas mais simples e mais úteis da Análise Combinatória — e também uma das que mais assustam à primeira vista, só por causa do ponto de exclamação. Quando você vê \( 5! \),

Estudante animado em estilo Pixar diante de um quadro com blocos numéricos coloridos em sequência decrescente, representando a multiplicação do fatorial.
Estudante animado em estilo Pixar diante de um quadro com blocos numéricos coloridos em sequência decrescente, representando a multiplicação do fatorial.
Direto ao assunto
  1. Resumo rápido
  2. O que é o fatorial
  3. Por que 0! = 1 (e não zero)
  4. Tabela de valores de 0! a 10!: os números que valem decorar
  5. Simplificação de frações com fatoriais: o truque que mais cai na prova
  6. Equações simples com fatorial
  7. Ponte: fatorial, Princípio Fundamental da Contagem e permutações
  8. Mapa mental
  9. SAQ — Responda em poucas linhas
  10. Questões comentadas
  11. Dica do professor
  12. Atenção / cuidado
  13. Conexão com outras áreas

Resumo rápido

O fatorial é uma das ferramentas mais simples e mais úteis da Análise Combinatória — e também uma das que mais assustam à primeira vista, só por causa do ponto de exclamação. Quando você vê \( 5! \), não se trata de um grito nem de uma ênfase: é uma ordem para multiplicar. O símbolo \( ! \) indica que devemos multiplicar o número por todos os seus antecessores até chegar ao \( 1 \). Assim, \( 5! = 5 \cdot 4 \cdot 3 \cdot 2 \cdot 1 = 120 \). Simples assim. Esta matéria, pensada para a sala de estudo de Matemática, é de incidência ♨️ Morna no ENEM e nos vestibulares: ele raramente aparece sozinho como tema principal de uma questão, mas é a base de arranjos, permutações e combinações, e quem não domina o fatorial trava em várias questões de contagem.

A ideia central cabe em uma frase: o fatorial de um número natural \( n \), escrito \( n! \), é o produto de todos os números naturais de \( 1 \) até \( n \). Em símbolos, \( n! = n \cdot (n-1) \cdot (n-2) \cdot \ldots \cdot 2 \cdot 1 \). Por exemplo, \( 4! = 4 \cdot 3 \cdot 2 \cdot 1 = 24 \). O fatorial cresce muito depressa: \( 10! \) já vale \( 3.628.800 \), e \( 20! \) passa de dois quintilhões. É justamente esse crescimento explosivo que faz o fatorial ser tão útil para contar possibilidades: quando há muitas escolhas encadeadas, o total de jeitos explode — e o fatorial mede exatamente isso. Ao longo desta matéria, você vai aprender a definição, entender por que \( 0! = 1 \), decorar os valores que mais caem na prova, simplificar frações com fatoriais sem precisar calcular números gigantes e resolver equações simples com fatorial. No fim, há a ponte com o Princípio Fundamental da Contagem, que é o assunto vizinho mais importante, explicado na matéria de Princípio Fundamental da Contagem.

O que é o fatorial

Imagine que você precisa organizar 3 livros diferentes em uma prateleira. Para a primeira posição, há 3 escolhas; escolhida a primeira, restam 2 livros para a segunda posição; e para a última posição resta apenas 1 livro. Pelo Princípio Fundamental da Contagem, o total de jeitos é \( 3 \cdot 2 \cdot 1 = 6 \). Esse produto, \( 3 \cdot 2 \cdot 1 \), é exatamente o que chamamos de \( 3! \). Ou seja, o fatorial nasceu para contar ordenações: de quantos jeitos dá para arrumar objetos em fila, em ordem, sem repetir nenhum.

A definição formal é a seguinte. Para todo número natural \( n \) maior ou igual a \( 1 \), define-se:

\[ n! = n \cdot (n-1) \cdot (n-2) \cdot \ldots \cdot 3 \cdot 2 \cdot 1 \]

Leia-se “n fatorial”. Alguns exemplos diretos, feitos passo a passo:

  • \( 1! = 1 \)
  • \( 2! = 2 \cdot 1 = 2 \)
  • \( 3! = 3 \cdot 2 \cdot 1 = 6 \)
  • \( 4! = 4 \cdot 3 \cdot 2 \cdot 1 = 24 \)
  • \( 5! = 5 \cdot 4 \cdot 3 \cdot 2 \cdot 1 = 120 \)
  • \( 6! = 6 \cdot 5 \cdot 4 \cdot 3 \cdot 2 \cdot 1 = 720 \)

Repare em um padrão muito útil, que vai economizar tempo na prova: cada fatorial pode ser escrito a partir do anterior. Como \( 5! = 5 \cdot 4! \), basta multiplicar o valor anterior pelo número novo. Assim, sabendo que \( 5! = 120 \), temos \( 6! = 6 \cdot 120 = 720 \), e \( 7! = 7 \cdot 720 = 5.040 \). Essa relação, escrita de forma geral como \( n! = n \cdot (n-1)! \), é a chamada relação de recorrência do fatorial, e ela é a chave de quase todas as simplificações que veremos adiante. Ela também explica por que o fatorial cresce tão rápido: cada passo multiplica o resultado anterior por um número cada vez maior.

Um detalhe importante de notação: o fatorial só está definido para números naturais, incluindo o zero, que veremos a seguir. Não existe, por exemplo, \( (2,5)! \) nem \( (-3)! \) na matemática do ensino médio, e a prova nunca vai cobrar isso. Também vale atenção ao alcance do símbolo: em \( 3 \cdot 2! \), o fatorial atinge só o \( 2 \), então \( 3 \cdot 2! = 3 \cdot 2 = 6 \), e não \( 6! \). Já em \( (3 \cdot 2)! = 6! = 720 \), os parênteses mandam calcular primeiro o produto e só depois o fatorial. Essa diferença entre \( 3 \cdot 2! \) e \( (3 \cdot 2)! \) já derrubou muita gente em questão de vestibular, então preste atenção aos parênteses sempre.

Por que 0! = 1 (e não zero)

A pergunta que todo estudante faz é: por que \( 0! = 1 \)? Afinal, se o fatorial é um produto, e não há números para multiplicar quando \( n = 0 \), por que o resultado é \( 1 \) e não \( 0 \)? Há três jeitos de entender isso, e os três apontam para a mesma resposta.

O primeiro jeito é pela lógica da contagem. O fatorial conta de quantos jeitos dá para ordenar objetos. Com zero objetos, há exatamente 1 jeito de “ordená-los”: não fazer nada, deixar a fila vazia. Parece estranho, mas faz sentido: existe uma única arrumação possível de uma prateleira vazia — a própria prateleira vazia. É o mesmo raciocínio que explica por que qualquer número elevado a zero vale \( 1 \): o caso vazio conta como uma possibilidade.

O segundo jeito é pela relação de recorrência. Sabemos que \( n! = n \cdot (n-1)! \). Para \( n = 1 \), isso dá \( 1! = 1 \cdot 0! \), ou seja, \( 1 = 1 \cdot 0! \). Para essa igualdade ser verdadeira, é obrigatório que \( 0! = 1 \). Se \( 0! \) valesse zero, teríamos \( 1! = 0 \), o que está errado. Portanto, definir \( 0! = 1 \) é o que mantém toda a estrutura funcionando, sem exceções.

O terceiro jeito é pela convenção das fórmulas. As fórmulas de permutação e combinação, que você vai estudar na sequência desta matéria, usam o fatorial no denominador e precisam funcionar também nos casos extremos, como escolher todos os elementos ou nenhum deles. Definir \( 0! = 1 \) faz essas fórmulas darem as respostas certas nesses casos. Em resumo: \( 0! = 1 \) não é um truque nem uma pegadinha, é uma definição pensada para que a matemática da contagem funcione sem buracos. Decore: \( 0! = 1 \) e \( 1! = 1 \). São os dois únicos fatoriais que valem \( 1 \).

Tabela de valores de 0! a 10!: os números que valem decorar

Na prova, você não vai ter calculadora para calcular \( 8! \) do zero no meio de uma questão — e nem precisa, se já souber os valores de cor ou souber reconstruí-los rapidamente pela recorrência. A tabela abaixo traz os valores de \( 0! \) até \( 10! \), todos conferidos passo a passo. Repare como o crescimento acelera: de \( 5! \) para \( 6! \) o valor multiplica por 6, e de \( 9! \) para \( 10! \) ele multiplica por 10, saltando de \( 362.880 \) para \( 3.628.800 \).

Tabela 1: valores do fatorial de 0! a 10!

nExpansãon!
0por definição1
111
2\( 2 \cdot 1 \)2
3\( 3 \cdot 2 \cdot 1 \)6
4\( 4 \cdot 3 \cdot 2 \cdot 1 \)24
5\( 5 \cdot 4 \cdot 3 \cdot 2 \cdot 1 \)120
6\( 6 \cdot 5! = 6 \cdot 120 \)720
7\( 7 \cdot 6! = 7 \cdot 720 \)5.040
8\( 8 \cdot 7! = 8 \cdot 5.040 \)40.320
9\( 9 \cdot 8! = 9 \cdot 40.320 \)362.880
10\( 10 \cdot 9! = 10 \cdot 362.880 \)3.628.800

Conferência dos valores, feita pela recorrência: \( 7 \cdot 720 = 5.040 \) (conferido); \( 8 \cdot 5.040 = 40.320 \) (conferido); \( 9 \cdot 40.320 = 362.880 \) (conferido); \( 10 \cdot 362.880 = 3.628.800 \) (conferido). Uma dica prática para a prova: decore pelo menos até \( 7! = 5.040 \), porque são os valores que mais aparecem nas questões, e reconstrua os maiores multiplicando a partir deles quando precisar. Outra dica: se uma questão de múltipla escolha trouxer um número “redondo” demais como resposta para um fatorial grande, desconfie — fatoriais quase nunca terminam em números bonitos, com exceção dos zeros no final, que vêm dos fatores \( 2 \) e \( 5 \) na multiplicação. Por exemplo, \( 10! \) termina em dois zeros porque contém os fatores \( 2 \cdot 5 = 10 \) e \( 4 \cdot 5 \) já embutido no caminho, e assim por diante.

Vale ainda observar um erro comum de leitura: \( 5! \) não é \( 5 \cdot 5 \), nem \( 5 + 5 \), nem \( 5^{5} \). É \( 5 \cdot 4 \cdot 3 \cdot 2 \cdot 1 = 120 \), bem diferente de \( 25 \) ou de \( 3.125 \). Sempre que vir o ponto de exclamação, lembre-se da escadinha decrescente até o \( 1 \).

Simplificação de frações com fatoriais: o truque que mais cai na prova

Aqui está a habilidade que mais aparece em questões de vestibular sobre fatorial: simplificar frações sem calcular números enormes. A ideia é sempre a mesma — expandir o fatorial maior até ele alcançar o menor, e cancelar os fatores iguais. Nunca calcule \( 10! \) e \( 7! \) separadamente para depois dividir; isso é perda de tempo e fonte de erro.

Exemplo clássico, passo a passo: \( \frac{7!}{5!} \). Expandimos o numerador até chegar ao \( 5! \): \( 7! = 7 \cdot 6 \cdot 5! \). Substituindo, temos \( \frac{7 \cdot 6 \cdot 5!}{5!} \). O \( 5! \) do numerador cancela com o \( 5! \) do denominador, e sobra \( 7 \cdot 6 = 42 \). Pronto: \( \frac{7!}{5!} = 42 \), sem nunca precisar saber que \( 7! = 5.040 \) e \( 5! = 120 \).

Outro exemplo: \( \frac{10!}{7!} \). Expandimos: \( 10! = 10 \cdot 9 \cdot 8 \cdot 7! \). Cancelando o \( 7! \), sobra \( 10 \cdot 9 \cdot 8 = 720 \). Interessante notar que \( \frac{10!}{7!} = 720 \), que é justamente \( 6! \) — uma coincidência numérica divertida, mas o método é o que importa. E mais um: \( \frac{8!}{6!} = 8 \cdot 7 = 56 \), pois \( 8! = 8 \cdot 7 \cdot 6! \). E \( \frac{12!}{10!} = 12 \cdot 11 = 132 \), pois \( 12! = 12 \cdot 11 \cdot 10! \).

A regra geral é elegante: \( \frac{n!}{(n-k)!} \) é o produto dos \( k \) maiores fatores, ou seja, \( n \cdot (n-1) \cdot \ldots \cdot (n-k+1) \). Por exemplo, \( \frac{n!}{(n-2)!} = n \cdot (n-1) \), porque só dois fatores ficam de fora do cancelamento. Essa fórmula é a base do conceito de arranjo, que veremos na ponte ao fim desta matéria. A tabela abaixo organiza os exemplos mais cobrados.

Tabela 2: simplificações passo a passo

FraçãoExpansão do maiorCancelamentoResultado
\( \frac{7!}{5!} \)\( 7! = 7 \cdot 6 \cdot 5! \)Cancela \( 5! \)\( 7 \cdot 6 = 42 \)
\( \frac{10!}{7!} \)\( 10! = 10 \cdot 9 \cdot 8 \cdot 7! \)Cancela \( 7! \)\( 10 \cdot 9 \cdot 8 = 720 \)
\( \frac{8!}{6!} \)\( 8! = 8 \cdot 7 \cdot 6! \)Cancela \( 6! \)\( 8 \cdot 7 = 56 \)
\( \frac{12!}{10!} \)\( 12! = 12 \cdot 11 \cdot 10! \)Cancela \( 10! \)\( 12 \cdot 11 = 132 \)
\( \frac{n!}{(n-2)!} \)\( n! = n \cdot (n-1) \cdot (n-2)! \)Cancela \( (n-2)! \)\( n \cdot (n-1) \)
\( \frac{(n+1)!}{n!} \)\( (n+1)! = (n+1) \cdot n! \)Cancela \( n! \)\( n + 1 \)

Também dá para simplificar quando há soma ou subtração envolvendo fatoriais, mas aí o truque muda: é preciso colocar o menor fatorial em evidência. Exemplo: \( 7! + 6! \). Como \( 7! = 7 \cdot 6! \), temos \( 7 \cdot 6! + 6! = 6! \cdot (7 + 1) = 8 \cdot 6! = 8 \cdot 720 = 5.760 \). Conferência: \( 5.040 + 720 = 5.760 \). Conferido. Outro exemplo, com subtração: \( 6! – 5! = 6 \cdot 5! – 5! = 5! \cdot (6 – 1) = 5 \cdot 120 = 600 \). Conferência: \( 720 – 120 = 600 \). Conferido. O erro mais comum aqui é tentar “somar os fatoriais” somando os números de dentro, como achar que \( 5! + 5! = 10! \) — errado: \( 5! + 5! = 120 + 120 = 240 \), enquanto \( 10! = 3.628.800 \). Fatorial não se soma nem se subtrai por dentro do símbolo.

Equações simples com fatorial

As equações com fatorial que caem no ENEM e nos vestibulares são quase sempre simples, e se resolvem com os mesmos dois recursos: a tabela de valores e a simplificação por cancelamento. Veja os modelos mais comuns.

Modelo 1: descobrir o número a partir do valor. Exemplo: determine \( n \) tal que \( n! = 720 \). Basta consultar a tabela: \( 6! = 720 \), logo \( n = 6 \). Outro: \( (x – 1)! = 24 \). Como \( 4! = 24 \), temos \( x – 1 = 4 \), logo \( x = 5 \). Conferência: \( (5 – 1)! = 4! = 24 \). Conferido. Atenção: como os fatoriais crescem muito rápido, cada valor corresponde a um único \( n \) (a partir de \( 1! \)); não há dois valores diferentes de \( n \) com o mesmo fatorial, exceto o par \( 0! = 1! = 1 \). Se uma equação der \( n! = 1 \), as soluções são \( n = 0 \) ou \( n = 1 \).

Modelo 2: simplificar antes de resolver. Exemplo: determine \( n \) tal que \( \frac{(n+1)!}{n!} = 8 \). Simplificando, \( \frac{(n+1)!}{n!} = n + 1 \), então \( n + 1 = 8 \) e \( n = 7 \). Conferência: \( \frac{8!}{7!} = 8 \). Conferido. Outro exemplo: \( \frac{n!}{(n-1)!} = 12 \). Simplificando, \( \frac{n!}{(n-1)!} = n \), então \( n = 12 \). Conferência: \( \frac{12!}{11!} = 12 \). Conferido. Perceba que, nesses casos, quem tenta calcular os fatoriais antes de simplificar se perde em números gigantes; quem simplifica primeiro resolve em uma linha.

Modelo 3: equação com produto. Exemplo: determine \( n \) tal que \( n! = 6 \cdot (n-1)! \). Dividindo os dois lados por \( (n-1)! \), temos \( \frac{n!}{(n-1)!} = 6 \), e como \( \frac{n!}{(n-1)!} = n \), segue \( n = 6 \). Conferência: \( 6! = 720 \) e \( 6 \cdot 5! = 6 \cdot 120 = 720 \). Conferido. O mesmo raciocínio resolve equações do tipo \( (n+2)! = 132 \cdot n! \): simplificando, \( (n+2)(n+1) = 132 \), e testando valores, \( 12 \cdot 11 = 132 \), logo \( n + 1 = 11 \) e \( n = 10 \). Conferência: \( \frac{12!}{10!} = 132 \). Conferido.

Uma regra de ouro para equações com fatorial: nunca “cancele o fatorial” dos dois lados de qualquer jeito. De \( n! = 6! \) pode-se concluir que \( n = 6 \), sim, mas de \( n! + 2 = 122 \) não se pode simplesmente riscar nada: primeiro isole o fatorial, \( n! = 120 \), e só então consulte a tabela, achando \( n = 5 \). Isolar primeiro, simplificar depois, consultar a tabela por último — nessa ordem, as equações com fatorial ficam tranquilas.

Ponte: fatorial, Princípio Fundamental da Contagem e permutações

Esta seção é só uma ponte — o aprofundamento de arranjos, permutações e combinações fica para as matérias próprias de cada tema. Mas entender a ponte agora faz o fatorial deixar de ser um símbolo solto e virar uma ferramenta com sentido.

A ponte começa no Princípio Fundamental da Contagem, o PFC: se uma decisão pode ser tomada de \( a \) jeitos e, depois dela, outra decisão pode ser tomada de \( b \) jeitos, o total de jeitos de tomar as duas é \( a \cdot b \). Organizar 4 pessoas em fila é um PFC encadeado: 4 escolhas para o primeiro lugar, 3 para o segundo, 2 para o terceiro e 1 para o último, totalizando \( 4 \cdot 3 \cdot 2 \cdot 1 = 4! = 24 \) filas possíveis. Ou seja, o fatorial é o PFC aplicado ao caso em que as escolhas vão diminuindo de uma em uma. Quem domina o PFC, explicado em detalhes na matéria de Princípio Fundamental da Contagem, já entendeu metade do fatorial.

Daí saem dois conceitos vizinhos. A permutação simples de \( n \) elementos, que conta de quantos jeitos dá para ordenar \( n \) objetos distintos, é exatamente \( P_n = n! \). Cinco amigos em fila para uma foto podem se organizar de \( 5! = 120 \) jeitos. Já o arranjo simples, que conta de quantos jeitos dá para escolher e ordenar \( k \) elementos dentre \( n \), é \( A_{n,k} = \frac{n!}{(n-k)!} \) — justamente a fração que aprendemos a simplificar. Escolher e ordenar 3 finalistas dentre 10 candidatos dá \( \frac{10!}{7!} = 720 \) jeitos. Repare que tudo volta ao mesmo truque: expandir, cancelar, multiplicar o que sobrou. Por isso, dominar a simplificação de frações com fatoriais é dominar, de brinde, a porta de entrada de arranjos e permutações.

Um exemplo do cotidiano que ajuda a fixar: as senhas. Uma senha de 4 dígitos distintos, usando os algarismos de 0 a 9, sem repetição e com a ordem importando, tem \( 10 \cdot 9 \cdot 8 \cdot 7 = 5.040 \) possibilidades — que é \( \frac{10!}{6!} \). E se a ordem não importasse, o número seria menor, porque várias ordens formariam a mesma senha: é aí que entram as combinações, tema da próxima matéria da sequência. O fatorial também aparece em probabilidade, tema vizinho que você encontra na matéria de probabilidade, sempre que o total de casos possíveis é uma contagem de ordenações. E ele reaparece na matemática mais avançada, como no binômio de Newton e nas séries, mas isso fica para depois: para o ENEM e os vestibulares, o que você precisa é exatamente o que esta matéria cobriu.

Diagrama em estilo Pixar de cinco blocos numéricos coloridos em ordem decrescente ligados por setas, mostrando a multiplicação em cadeia do fatorial de cinco, que resulta em cento e vinte.
Diagrama em estilo Pixar de cinco blocos numéricos coloridos em ordem decrescente ligados por setas, mostrando a multiplicação em cadeia do fatorial de cinco, que resulta em cento e vinte.
Diagrama em estilo Pixar de duas pilhas de blocos numéricos em que os blocos iguais se cancelam, restando apenas dois blocos, ilustrando a simplificação de uma fração com fatoriais.
Diagrama em estilo Pixar de duas pilhas de blocos numéricos em que os blocos iguais se cancelam, restando apenas dois blocos, ilustrando a simplificação de uma fração com fatoriais.

Mapa mental

  • Definição: \( n! = n \cdot (n-1) \cdot \ldots \cdot 2 \cdot 1 \) — produto decrescente até o 1
  • Casos especiais: \( 0! = 1 \) e \( 1! = 1 \) — os dois únicos fatoriais que valem 1
  • Recorrência: \( n! = n \cdot (n-1)! \) — cada fatorial sai do anterior
  • Valores-chave: \( 3! = 6 \), \( 4! = 24 \), \( 5! = 120 \), \( 6! = 720 \), \( 7! = 5.040 \), \( 10! = 3.628.800 \)
  • Simplificação: expandir o maior até alcançar o menor e cancelar — nunca calcular tudo antes
  • Regra geral: \( \frac{n!}{(n-k)!} = n \cdot (n-1) \cdot \ldots \cdot (n-k+1) \)
  • Soma e subtração: colocar o menor fatorial em evidência; nunca somar por dentro do símbolo
  • Equações: isolar o fatorial, simplificar, depois consultar a tabela
  • Ponte: permutação \( P_n = n! \); arranjo \( A_{n,k} = \frac{n!}{(n-k)!} \); base: PFC
  • Erros fatais: \( 0! \neq 0 \); \( 3 \cdot 2! \neq 6! \); \( 5! + 5! \neq 10! \)

SAQ — Responda em poucas linhas

1. O que significa \( 5! \)?
Significa multiplicar 5 por todos os seus antecessores até o 1: \( 5! = 5 \cdot 4 \cdot 3 \cdot 2 \cdot 1 = 120 \).

2. Por que \( 0! = 1 \)?
Porque há exatamente 1 jeito de ordenar zero objetos (a fila vazia), e porque a relação \( 1! = 1 \cdot 0! \) só funciona se \( 0! = 1 \).

3. Quanto vale \( 6! \)?
\( 6! = 6 \cdot 5! = 6 \cdot 120 = 720 \).

4. Como simplificar \( \frac{9!}{7!} \) sem calculadora?
Expandindo: \( 9! = 9 \cdot 8 \cdot 7! \); cancelando o \( 7! \), sobra \( 9 \cdot 8 = 72 \).

5. Qual é a diferença entre \( 4 \cdot 3! \) e \( (4 \cdot 3)! \)?
\( 4 \cdot 3! = 4 \cdot 6 = 24 \), pois o fatorial atinge só o 3; já \( (4 \cdot 3)! = 12! = 479.001.600 \), pois os parênteses mandam multiplicar antes de aplicar o fatorial.

6. Quanto vale \( 7! + 6! \)?
Colocando \( 6! \) em evidência: \( 7 \cdot 6! + 6! = 8 \cdot 6! = 8 \cdot 720 = 5.760 \).

7. Se \( \frac{(n+1)!}{n!} = 9 \), quanto vale n?
Simplificando, \( \frac{(n+1)!}{n!} = n + 1 \), então \( n + 1 = 9 \) e \( n = 8 \).

8. Qual é a relação entre fatorial e permutação?
A permutação simples de n elementos distintos é exatamente \( P_n = n! \): ordenar 5 pessoas em fila dá \( 5! = 120 \) jeitos.

Questões comentadas

Questão 1. Uma escola vai organizar uma fila com 6 alunos para uma apresentação, todos em posições diferentes. De quantos jeitos distintos essa fila pode ser formada?

A) 36
B) 120
C) 360
D) 720
E) 5.040

Gabarito: D.
Comentário: organizar 6 pessoas em fila é uma permutação simples: \( P_6 = 6! = 6 \cdot 5 \cdot 4 \cdot 3 \cdot 2 \cdot 1 = 720 \). Conferência: \( 6 \cdot 120 = 720 \). As alternativas erradas são armadilhas comuns: 36 seria \( 6 \cdot 6 \), 120 é \( 5! \) (a fila com um aluno a menos) e 5.040 é \( 7! \).

Questão 2. O valor da expressão \( \frac{8!}{6!} \) é igual a:

A) 2
B) 14
C) 42
D) 56
E) 336

Gabarito: D.
Comentário: expandindo o numerador até alcançar o denominador, \( 8! = 8 \cdot 7 \cdot 6! \). Cancelando o \( 6! \), sobra \( 8 \cdot 7 = 56 \). Quem calcula \( 8! = 40.320 \) e \( 6! = 720 \) e divide também chega a 56, mas perde tempo; o cancelamento é o caminho da prova.

Questão 3. Um professor escreveu no quadro a equação \( (x – 2)! = 120 \). Sabendo que x é um número natural maior que 2, o valor de x é:

A) 5
B) 6
C) 7
D) 8
E) 120

Gabarito: C.
Comentário: como \( 5! = 120 \), temos \( x – 2 = 5 \), logo \( x = 7 \). Conferência: \( (7 – 2)! = 5! = 120 \). A alternativa A confunde o valor do fatorial com o próprio x, e a E confunde o resultado com a incógnita.

Questão 4. Em uma gincana, um time somou os pontos de duas rodadas e obteve \( 5! + 4! \) pontos. O total de pontos do time foi de:

A) 120
B) 144
C) 240
D) 720
E) 9!

Gabarito: B.
Comentário: colocando o menor fatorial em evidência, \( 5! = 5 \cdot 4! \), então \( 5! + 4! = 5 \cdot 4! + 4! = 6 \cdot 4! = 6 \cdot 24 = 144 \). Conferência direta: \( 120 + 24 = 144 \). A alternativa E é a armadilha clássica: somar fatoriais não é somar os números de dentro, e \( 9! = 362.880 \), muito longe de 144.

Questão 5. Uma senha de 3 algarismos distintos deve ser formada com os algarismos de 1 a 8, sem repetição, e a ordem dos algarismos importa. O número de senhas possíveis é:

A) 24
B) 56
C) 336
D) 720
E) 5.040

Gabarito: C.
Comentário: é um arranjo: escolher e ordenar 3 dentre 8, ou seja, \( \frac{8!}{5!} = 8 \cdot 7 \cdot 6 = 336 \). Pelo PFC, dá no mesmo: 8 escolhas para o primeiro algarismo, 7 para o segundo e 6 para o terceiro, totalizando \( 8 \cdot 7 \cdot 6 = 336 \). A alternativa B é \( \frac{8!}{6!} = 56 \), que corresponderia a senhas de apenas 2 algarismos.

Dica do professor

Se você só puder decorar três coisas desta matéria, decore estas: \( 0! = 1 \); a tabela até \( 7! = 5.040 \); e o truque de expandir e cancelar em vez de calcular. Na hora da prova, diante de qualquer fração com fatoriais, resista à tentação de sair multiplicando tudo: escreva o fatorial maior aberto até ele “encontrar” o menor, risque os fatores iguais e multiplique só o que sobrou. Esse hábito sozinho transforma uma questão que tomaria três minutos e uma calculadora em uma conta de dez segundos. E quando a questão for de contagem disfarçada — fila, senha, ordem de apresentação, pódio —, pergunte-se primeiro se a ordem importa e se há repetição: se a ordem importa e todos os elementos entram, a resposta é um fatorial puro; se só parte deles entra, é uma fração do tipo \( \frac{n!}{(n-k)!} \). Classificar a questão antes de calcular evita a maioria dos erros.

Atenção / cuidado

Os erros com fatorial são quase sempre os mesmos, e todos evitáveis. Primeiro: \( 0! = 1 \), nunca zero — quem erra isso erra a questão inteira. Segundo: o fatorial não distribui sobre soma, subtração ou multiplicação: \( (a + b)! \neq a! + b! \), \( (a \cdot b)! \neq a! \cdot b! \) e \( 5! + 5! = 240 \), não \( 10! \). Terceiro: o fatorial atinge só o número grudado nele: em \( 3 \cdot 2! \), o fatorial é só do 2. Quarto: fatorial de número negativo ou fracionário não existe no ensino médio — se uma equação levar a isso, alguma conta anterior está errada. Quinto: cuidado com os zeros no final dos valores grandes: \( 10! = 3.628.800 \) tem dois zeros no fim, e errar um zero na transcrição muda completamente a resposta. Por fim, nunca confunda \( n! \) com \( n^{n} \) ou com \( n \cdot n \): \( 4! = 24 \), enquanto \( 4 \cdot 4 = 16 \) e \( 4^{4} = 256 \).

Conexão com outras áreas

O fatorial conecta a Matemática com várias outras áreas. Na Biologia, ele conta as possíveis ordens de bases do DNA e os arranjos de genes em um cromossomo, ajudando a entender por que a variabilidade genética é tão grande. Na Física, ele aparece na mecânica estatística, na contagem de microestados de um sistema — o número de jeitos de distribuir partículas em estados de energia. Na Computação, o fatorial mede a complexidade de algoritmos que testam todas as ordenações possíveis, como o problema do caixeiro-viajante, e é o exemplo clássico de função recursiva, já que \( n! = n \cdot (n-1)! \) se traduz diretamente em código. Na Química, ele ajuda a contar isômeros e arranjos de átomos em moléculas. E no cotidiano, toda vez que você pensa em quantas ordens possíveis há para uma playlist, uma fila ou uma senha, está usando, sem perceber, a mesma ideia do fatorial. Dominar esse símbolo pequeno é, portanto, abrir a porta da Análise Combinatória inteira — e daí para a probabilidade, que decide tantas questões do ENEM e dos vestibulares.