Как найти площадь арифметической прогрессии

Определение числовой последовательности

Числовая последовательность — это множество чисел, каждому из которых можно присвоить уникальный номер.

Последовательности можно задавать разными способами:

• Словесно — когда правило последовательности объясняется словами: «Последовательность простых чисел: 4, 6, 10, 19, 21, 33…»
• Аналитически — когда указана формула ее n-го члена: yn = f(n). Последовательность yn = C называют постоянной или стационарной.
• Рекуррентно — когда указывается правило, которое помогает вычислить n-й член последовательности, если известны её предыдущие члены.

Арифметическая прогрессия — (an), задана таким соотношением:
a1 = a, an+1= an + d.

Последовательность Фибоначчи — когда каждое следующее число равно сумме двух предыдущих чисел: an+1 = an + an-1.

Пример: 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55…

• Графически — когда график последовательности состоит из точек с абсциссами
  1, 2, 3, 4…
  

Так как алгебраическая числовая последовательность — это частный случай числовой функции, то ряд свойств функций рассматриваются и для последовательностей.

Свойства числовых последовательностей:

• Последовательность {yn} называют возрастающей, если каждый ее член кроме первого больше предыдущего:y1 < y2 < y3 < … < yn < yn+1 < …
• Последовательность {yn} называют убывающей, если каждый ее член кроме первого меньше предыдущего: y1 > y2 > y3 > … > yn > yn+1 > …

Возрастающие и убывающие последовательности называют монотонными последовательностями.

• Последовательность можно назвать периодической, если существует такое натуральное число T, что начиная с некоторого N, выполняется равенство: yn = yn+T. Число T — длина периода.

Запишем числа, которые первые пришли в голову: 7, 19, 0, -1, 2, -11, 0… Сколько бы чисел не написали, всегда можно сказать, какое из них первое, какое — второе и так до последнего. То есть мы можем их пронумеровать.

Пример числовой последовательности выглядит так:

В такой математической последовательности каждый номер соответствует одному числу. Это значит, что в последовательности не может быть двух первых чисел и т.д. Первое число (как и любое другое) — всегда одно.

N-ный член алгебраической последовательности — это число с порядковым номером n.

Всю последовательность можно обозначить любой буквой латинского алфавита, например, a. Каждый член этой последовательности — той же буквой с индексом, который равен номеру этого члена: a1, a2,…, a10…, an.

N-ый член последовательности можно задать формулой. Например:

• Формула an = 3n — 5 задает последовательность: −2, 1, 4, 7, 10…
• Формула an = 1 : (n + 2) задает последовательность: 13, 14, 15, 16…

Арифметическая прогрессия .

Арифметическая прогрессия — это ряд чисел, в котором все член получаются из предыдущего методом добавления к нему 1-го и того же числа d, которое называется разностью арифметической прогрессии.

Или другими словами: арифметическая прогрессия — численная последовательность, которая имеет вид:

,т.е. последовательность чисел (членов прогрессии), в которой числа, начиная со 2-го, получаются из предыдущего путем добавления к нему постоянного числа 
(шаг либо разность прогрессии):

Всякий (n-й) член прогрессии можно вычислить с помощью формулы общего члена:

Арифметическая прогрессия — это монотонная последовательность . При  она возрастает, а при  — убывает. Если , то последовательность — стационарная. Это следуют из соотношения  для членов арифметической прогрессии.

Определение арифметической прогрессии

Так как числовая последовательность — это частный случай функции, которая определена на множестве натуральных чисел, арифметическую прогрессию можно назвать частным случаем числовой последовательности.

Рассмотрим основные определения и как найти арифметическую прогрессию.

Арифметическая прогрессия — это числовая последовательность a1, a2,…, an,… для которой для каждого натурального n выполняется равенство:

an+1= an + d, где d — это разность арифметической прогрессии.

Описать словами эту формулу можно так: каждый член арифметической прогрессии равен предыдущему, сложенному с одним и тем же числом d.

Разность между последующим и предыдущим членами, то есть разность арифметической прогрессии можно найти по формуле:

Если известны первый член a1 и n-ый член прогрессии, разность можно найти так:

Арифметическая прогрессия бывает трех видов:

• Возрастающая — арифметическая прогрессия, у которой положительная разность, то есть d > 0.

Пример: последовательность чисел 11, 14, 17, 20, 23… — это возрастающая арифметическая прогрессия, так как ее разность d = 3 > 0.

• Убывающая — арифметическая прогрессия, у которой отрицательная разность, то есть d < 0.

Пример: последовательность чисел 50, 48, 46, 44, 43… — это убывающая арифметическая прогрессия, так как ее разность d = –2 < 0.

• Стационарная — арифметическая прогрессия, у которой разность равна нулю, то есть d = 0.Пример: последовательность чисел 23, 23, 23, 23, 23… — это стационарная арифметическая прогрессия, так как ее разность d = 0.

Свойства арифметической прогрессии.

• Общий член арифметической прогрессии.

Член арифметической прогрессии с номером 
можно найти с помощью формулы:

,

где  — 1-й член прогрессии,  — разность прогрессии.

• Характеристическое свойство арифметической прогрессии.

Последовательность    — это арифметическая прогрессия  для элементов этой прогрессии выполняется условие:.

• Сумма 1-х  членов арифметической прогрессии.

Сумму 1-х   членов арифметической прогрессии  можно найти с помощью формул:,где  — 1-й член прогрессии,  — член с номером ,  — число суммируемых членов.

,где  — 1-й член прогрессии,  — разность прогрессии,  — число суммируемых членов.

• Сходимость арифметической прогрессии.

Арифметическая прогрессия  является расходящейся при  и сходящейся при . При этом:

• Связь между арифметической и геометрической прогрессиями.

Есть  — арифметическая прогрессия с разностью , где число . Тогда последовательность, которая имеет вид  является геометрической прогрессией, имеющей знаменатель .

Формула n-го члена арифметической прогрессии

Из определения арифметической прогрессии следует, что равенство истинно:

Поэтому:

и т.д.

Значит,

Переведем с языка формул на русский: если мы знаем первый член и разность арифметической прогрессии, то можем найти любой ее член.

Арифметическую прогрессию можно назвать заданной, если известен ее первый член и разность.

Формулу an = a1 + d * (n — 1) называют формулой n-го члена арифметической прогрессии.

Доказательство формулы n-го члена арифметической прогрессии

Формулу n-го члена арифметической прогрессии можно доказать при помощи метода математической индукции.

Пусть дано:

Нужно доказать:

Как доказываем:

• Формула
  верна при n = 1.

Действительно,

Согласно принципу математической индукции формула
верна для любого натурального числа.

Примеры арифметических прогрессий.

1, -1, -3, -5, -7 — первые пять членов арифметической прогрессии, в которой 
и .

.

Арифметическая прогрессия, формулы.

Формула n-го члена:

Формулы суммы n первых членов:

Геометрическая прогрессия.

Геометрическая прогрессия — это последовательность чисел  (членов прогрессии), в которой каждое число, начиная со 2-го, получают из предыдущего путем умножения его на определённое число 
(знаменатель прогрессии), где , : .

Или другими словами: геометрическая прогрессия — это численная последовательность, каждое из чисел равняется предыдущему, умноженному на определенное постоянное число q для данной прогрессии, которое называется знаменателем геометрической прогрессии.

Каждый член геометрической прогрессии можно вычислить при помощи формулы:

Когда  и , значит, прогрессия возрастает , когда , значит, прогрессия убывает, а при  — знакочередуется.

Название геометрическая прогрессия взяла из своего характеристического свойства:

т.е. все члены равны среднему геометрическому их соседей.

Свойства геометрической прогрессии.

• Логарифмы членов геометрической прогрессии (если они определены) образуют арифметическую прогрессию:

• Произведение 1-х n членов геометрической прогрессии рассчитывают при помощи формулы:

,

• Произведение элементов геометрической прогрессии, начиная с k-ого члена, и заканчивая n-ым членом, рассчитывают при помощи формулы:

• Сумма n 1-х членов геометрической прогрессии:

Примеры геометрических прогрессий.

1. Последовательность площадей квадратов, в которой каждый последующий квадрат получают соединением середин сторон предыдущего — геометрическая прогрессия со знаменателем ½, не имеющая предела. Площади образующихся на каждом этапе треугольников тоже образуют нескончаемую геометрическую прогрессию со знаменателем ½, сумма которой равняется площади начального квадрата.
2. Последовательность числа зёрен на клетках в задаче о зёрнах на шахматной доске.
3. 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128, 256, 512, 1024, 2048, 4096, 8192 — прогрессия со знаменателем 2 из 13 членов.
4. 50; −25; 12,5; −6,25; 3,125; … — нескончаемо убывающая прогрессия со знаменателем -½.
5.  — геометрическая прогрессия со знаменателем равным единице (и арифметическая прогрессия с шагом 0).

Геометрическая прогрессия, формулы.

• Формула n-го члена:

• Формулы суммы n первых членов:

• Сумма бесконечной прогрессии:

Бесконечно убывающая геометрическая прогрессия

Бесконечно убывающей геометрической прогрессией называют бесконечную геометрическую прогрессию, модуль знаменателя которой меньше 1, то есть

|q| < 1.

Заметим, что бесконечно убывающая геометрическая прогрессия может не быть убывающей последовательностью. Это соответствует случаю

–1 < q < 0.

При таком знаменателе последовательность знакопеременная. Например,

1, –1/2, 1/4, –1/8, . . .  .

Суммой бесконечно убывающей геометрической прогрессии называют число, к которому неограниченно приближается сумма первых n членов прогрессии при неограниченном возрастании числа n. Это число всегда конечно и выражается формулой

S  =  b1 + b2 + b3 + . . . =	b1	.
1 – q

Например,

10 + 1 + 0,1 + 0,01 + . . . = 10 / (1 – 0,1) = 11 1/9 ,

10 – 1 + 0,1 – 0,01 + . . . = 10 / (1 + 0,1) = 9 1/11 . ◄

Связь арифметической и геометрической прогрессий

Арифметическая и геометрическая прогрессии тесно связаны между собой. Рассмотрим лишь два примера.

Если

a1, a2, a3, . . .— арифметическая прогрессия с разностью d, то

ba1, ba2, ba3, . . . — геометрическая прогрессия с знаменателем bd.

Например,

1, 3, 5, . . . — арифметическая прогрессия с разностью 2 и

71, 73, 75, . . . — геометрическая прогрессия с знаменателем 72. ◄

Если

b1, b2, b3, . . .— геометрическая прогрессия с знаменателем q, то

loga b1,  loga b2,  loga b3, . . . — арифметическая прогрессия с разностью  loga q.

Например,

2, 12, 72, . . . — геометрическая прогрессия с знаменателем 6 и

lg 2,  lg 12,  lg 72, . . . — арифметическая прогрессия с разностью  lg 6.

Числовые последовательности (основные понятия)

Арифметическая прогрессия

Геометрическая прогрессия

Бесконечно убывающая геометрическая прогрессия

Связь арифметической и геометрической прогрессий

Числовые последовательности (основные понятия)

Если каждому натуральному числу n поставить в соответствие действительное число a_n, то говорят, что задано числовую последовательность:

a₁, a₂, a₃, . . . , a_n, . . .  .

Итак, числовая последовательность — функция натурального аргумента.

Число a₁ называют первым членом последовательности, число a₂ — вторым членом последовательности, число a₃ — третьим и так далее. Число a_n называют n-м членом последовательности, а натуральное число n — его номером.

Из двух соседних членов a_n и a_n+1 последовательности член a_n+1 называют последующим (по отношению к a_n), а a_n — предыдущим (по отношению к a_n+1).

Чтобы задать последовательность, нужно указать способ, позволяющий найти член последовательности с любым номером.

Часто последовательность задают с помощью формулы n-го члена, то есть формулы, которая позволяет определить член последовательности  по его номеру.

► Например,

последовательность положительных нечётных чисел можно задать формулой

a_n = 2n –1,

а последовательность чередующихся 1 и –1 — формулой

b_n = (–1)ⁿ⁺¹. ◄        

Последовательность можно определить рекуррентной формулой, то есть формулой, которая выражает любой член последовательности, начиная с некоторого, через предыдущие (один или несколько) члены.

► Например,

если  a₁ = 1,  а  a_n+1 = a_n + 5, то первые пять членов последовательности находим следующим образом:

a₁ = 1,

a₂ = a₁ + 5 = 1 + 5 = 6,

a₃ = a₂ + 5 = 6 + 5 = 11,

a₄ = a₃ + 5 = 11 + 5 = 16,

a₅ = a₄ + 5 = 16 + 5 = 21.

Если  а₁ = 1,  а₂ = 1,  a_n+2 = a_n + a_n+1,  то первые семь членов числовой последовательности устанавливаем следующим образом:

a₁ = 1,

a₂ = 1,

a₃ = a₁ + a₂ = 1 + 1 = 2,

a₄ = a₂ + a₃ = 1 + 2 = 3,

a₅ = a₃ + a₄ = 2 + 3 = 5,

a₆ = a₄ + a₅ = 3 + 5 = 8,

a₇ = a₅ + a₆ = 5 + 8 = 13. ◄

Последовательности могут быть конечными и бесконечными.

Последовательность называется конечной, если она имеет конечное число членов. Последовательность называется бесконечной, если она имеет бесконечно много членов.

► Например,

последовательность двузначных натуральных чисел:

10, 11, 12, 13, . . . , 98, 99

конечная.

Последовательность простых чисел:

2, 3, 5, 7, 11, 13, . . .

бесконечная. ◄

Последовательность называют возрастающей, если каждый её член, начиная со второго, больше чем предыдущий.

Последовательность называют убывающей, если каждый её член, начиная со второго, меньше чем предыдущий.

► Например,

2, 4, 6, 8, . . . , 2n, . . . — возрастающая последовательность;

1, ¹/₂, ¹/₃, ¹/₄, . . . , ¹/_n, . . . — убывающая последовательность. ◄

Последовательность, элементы которой с увеличением номера не убывают, или, наоборот, не возрастают, называется монотонной последовательностью. 

Монотонными последовательностями, в частности, являются возрастающие последовательности и убывающие последовательности.

Арифметическая прогрессия

Арифметической прогрессией называется последовательность, каждый член которой, начиная со второго, равен предыдущему, к которому прибавляется одно и то же число.

Иначе,

a₁, a₂, a₃,  . . .  , a_n, . . .

является арифметической прогрессией, если для любого натурального числа n выполняется условие:

a_n+1 = a_n + d,

где  d — некоторое число.

Таким образом, разность между последующим и предыдущим членами данной арифметической прогрессии всегда постоянна:

а₂ – a₁ = а₃ – a₂ = . . . = a_n+1 – a_n = d.

Число d называют разностью арифметической прогрессии.

Чтобы задать арифметическую прогрессию, достаточно указать её первый член и разность.

► Например,

если  a₁ = 3,  d = 4, то первые пять членов последовательности находим следующим образом:

a₁ =3,

a₂ = a₁ + d = 3 + 4 = 7,

a₃ = a₂ + d = 7 + 4 = 11,

a₄ = a₃ + d = 11 + 4 = 15,

a₅ = a₄ + d = 15 + 4 = 19. ◄

Для арифметической прогрессии с первым членом a₁ и разностью d её n-й член может быть найден по формуле:

a_n = a₁ + (n – 1)d.

► Например,

найдём тридцатый член арифметической прогрессии

1, 4, 7, 10, . . .

Имеем,

a₁ =1,  d = 3,

a₃₀ = a₁ + (30 – 1)d =1 + 29·3 = 88. ◄

Так как

a_n–1 = a₁ + (n – 2)d,

a_n = a₁ + (n – 1)d,

a_n+1 = a₁ + nd,

то, очевидно,

то есть,

каждый член арифметической прогрессии, начиная со второго, равен среднему арифметическому предшествующего и последующего членов.

Так как верно и обратное утверждение, то имеет место следующее утверждение:

числа a, b и c  являются последовательными членами некоторой арифметической прогрессии тогда и только тогда, когда одно из них равно среднему арифметическому двух других.

► Например,

докажем, что последовательность, которая задаётся формулой  a_n = 2n – 7, является арифметической прогрессией.

Воспользуемся приведённым выше утверждением. Имеем:

a_n = 2n – 7,

a_n–1 = 2(n – 1) – 7 = 2n – 9,

a_n+1 = 2(n + 1) – 7 = 2n – 5.

Следовательно,

an+1 + an–1	=	2n – 5 + 2n – 9	= 2n – 7 = an,
2	2

что и доказывает нужное утверждение. ◄

Отметим, что n-й член арифметической прогрессии можно найти не толь через a₁, но и любой предыдущий a_k, для чего достаточно воспользоваться формулой

a_n = a_k + (n – k)d.

► Например,

для  a₅  можно записать

a₅ = a₁ + 4d,

a₅ = a₂ + 3d,

a₅ = a₃ + 2d,

a₅ = a₄ + d. ◄

Так как

a_n = a_n–k + kd,

a_n = a_n+k – kd,

то, очевидно,

то есть,

любой член арифметической прогрессии, начиная со второго равен полусумме равноотстоящих от него членов этой арифметической прогрессии.

Кроме того, для любой арифметической прогрессии справедливо равенство:

a_m + a_n = a_k + a_l,

если

m + n = k + l.

► Например,

в арифметической прогрессии  1, 4, 7, 10, 13, 16, 19, 22, 25, 28, 31, 34, 37, . . .

1) a₁₀ = 28 = (25 + 31)/2 = (a₉ + a₁₁)/2;

2) 28 = a₁₀ = a₃ + 7d = 7 + 7·3 = 7 + 21 = 28;

3) a₁₀ = 28 = (19 + 37)/2 = (a₇ + a₁₃)/2;

4) a₂ + a₁₂ = a₅ + a₉, так как

    a₂ + a₁₂ = 4 + 34 = 38,

    a₅ + a₉ = 13 + 25 = 38. ◄ 

Сумма

S_n = a₁ + a₂+ a₃ + . . .+a_n,

первых n членов арифметической прогрессии равна произведению полусуммы крайних слагаемых на число слагаемых:

Отсюда, в частности, следует, что если нужно просуммировать члены

a_k, a_k+1,  . . . , a_n,

то предыдущая формула сохраняет свою структуру:

Sn – Sk–1 = ak + ak+1 + . . . + an =	ak + an	· (n – k + 1) .
2

► Например,

в арифметической прогрессии  1, 4, 7, 10, 13, 16, 19, 22, 25, 28, 31, 34, 37, . . .

S₁₀ = 1 + 4 + . . . + 28 = (1 + 28) · 10/2 = 145;

10 + 13 + 16 + 19 + 22 + 25 + 28 = S₁₀ – S₃ = (10 + 28) · (10 – 4 + 1)/2 = 133. ◄

Если дана арифметическая прогрессия, то величины  a₁,  a_n,  d,  n  и  S_n  связаны двумя формулами:

an = a1 + (n – 1)d    и    Sn  =	a1 + an	· n .
2

Поэтому, если значения трёх из этих величин даны, то соответствующие им значения двух остальных величин определяются из этих формул, объединённых в систему двух уравнений с двумя неизвестными.

Арифметическая прогрессия является монотонной последовательностью. При этом:

• если d > 0, то она является возрастающей;
• если d < 0, то она является убывающей;
• если d = 0, то последовательность будет стационарной.

Геометрическая прогрессия

Геометрической прогрессией называется последовательность, каждый член которой, начиная со второго, равен предыдущему, умноженному на одно и то же число.

Иначе,

b₁, b₂, b₃, . . .  , b_n, . . .

является геометрической прогрессией, если для любого натурального числа n выполняется условие:

b_n+1 = b_n · q,

где q ≠ 0 — некоторое число.

Таким образом, отношение последующего члена данной геометрической прогрессии к предыдущему есть число постоянное:

^b₂/_b1 = ^b₃/_b2 = . . . = ^b_n+1/_bn = q.

Число q называют знаменателем геометрической прогрессии.

Чтобы задать геометрическую прогрессию, достаточно указать её первый член и знаменатель.

► Например,

если  b₁ = 1,  q = –3, то первые пять членов последовательности находим следующим образом:

b₁ = 1,

b₂ = b₁ ·
q = 1 · (–3) = –3,

b₃ = b₂ ·
q = –3 · (–3) = 9,

b₄ = b₃ ·
q = 9 · (–3) = –27,

b₅ = b₄ ·
q = –27 · (–3) = 81. ◄

Для геометрической прогрессии с первым членом  b₁ и знаменателем q её n-й член может быть найден по формуле:

b_n = b₁ ·
q^n–1.

► Например,

найдём седьмой член геометрической прогрессии 1, 2, 4, . . .

Имеем,

b₁ = 1,  q = 2,

b₇ = b₁ · q⁶
= 1 · 2⁶ = 64. ◄

Так как

b_n–1 = b₁ ·
q^n–2,

b_n = b₁ ·
q^n–1,

b_n+1 = b₁ ·
qⁿ,

то, очевидно,

b_n² = b_n–1 · b_n+1,

то есть,

каждый член геометрической прогрессии, начиная со второго, равен среднему геометрическому (пропорциональному) предшествующего и последующего членов.

Так как верно и обратное утверждение, то имеет место следующее утверждение:

числа  a, b и c  являются последовательными членами некоторой геометрической прогрессии тогда и только тогда, когда квадрат одного из них равен произведению двух других, то есть одно из чисел является средним геометрическим двух других.

► Например,

докажем, что последовательность, которая задаётся формулой  b_n = –3 · 2ⁿ, является геометрической прогрессией. Воспользуемся приведённым выше утверждением. Имеем:

b_n = –3 · 2ⁿ,

b_n–1 = –3 · 2^n–1,

b_n+1 = –3 · 2ⁿ⁺¹.

Следовательно,

b_n² = (–3 · 2ⁿ)² = (–3 · 2^n–1) · (–3 · 2ⁿ⁺¹) = b_n–1 · b_n+1,

что и доказывает нужное утверждение. ◄

Отметим, что n-й член геометрической прогрессии можно найти не только через b₁, но и любой предыдущий член b_k, для чего достаточно воспользоваться формулой

b_n = b_k ·
q^n–k.

► Например,

для  b₅  можно записать

b₅ = b₁ ·
q⁴,

b₅ = b₂ ·
q³,

b₅ = b₃ ·
q²,

b₅ = b₄ ·
q. ◄

Так как

b_n = b_k ·
q^n–k,

b_n = b_n–k ·
q^k,

то, очевидно,

b_n² = b_n–k · b_n+k

то есть,

квадрат любого члена геометрической прогрессии, начиная со второго равен произведению равноотстоящих от него членов этой прогрессии.

Кроме того, для любой геометрической прогрессии справедливо равенство:

b_m · b_n = b_k · b_l,

если

m + n = k + l.

► Например,

в геометрической прогрессии  1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128, 256, 512, 1024, . . .

1) b₆² = 32² = 1024 = 16 · 64 = b₅ · b₇;

2) 1024 = b₁₁ = b₆ ·
q⁵ = 32 · 2⁵ = 1024;

3) b₆² = 32² = 1024 = 8 · 128 = b₄ · b₈;

4) b₂ · b₇ = b₄ · b₅,  так как

    b₂ · b₇ = 2 · 64 = 128,

    b₄ · b₅ = 8 · 16 = 128. ◄ 

Сумма

S_n = b₁ + b₂ + b₃ + . . . + b_n

первых n членов геометрической прогрессии со знаменателем q ≠ 0  вычисляется по формуле:

А при q = 1 — по формуле

S_n = nb₁

Заметим, что если нужно просуммировать члены

b_k, b_k+1,  . . . ,b_n,

то используется формула:

Sn – Sk–1  =  bk + bk+1 + . . . + bn  =  bk ·	1 – qn–k+1	.
1 – q

► Например,

в геометрической прогрессии 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128, 256, 512, 1024, . . .

S₁₀ = 1 + 2 + . . . + 512 = 1 · (1 – 2¹⁰) / (1 – 2) = 1023;

64 + 128 + 256 + 512 = S₁₀ – S₆ = 64 · (1 – 2^10–7+1) / (1 – 2) = 960. ◄

Если дана геометрическая прогрессия, то величины  b₁,  b_n,  q,  n  и  S_n  связаны двумя формулами:

bn = b1 · qn–1  и  Sn = b1 ·	1 – qn	.
1 – q

Поэтому, если значения каких-либо трёх из этих величин даны, то соответствующие им значения двух остальных величин определяются из этих формул, объединённых в систему двух уравнений с двумя неизвестными.

Для геометрической прогрессии с первым членом b₁ и знаменателем q имеют место следующие свойства монотонности:

• прогрессия является возрастающей, если выполнено одно из следующих условий:

b₁ > 0  и  q > 1;

b₁ < 0  и  0 < q < 1;

• прогрессия является убывающей, если выполнено одно из следующих условий:

b₁ > 0  и  0 < q < 1;

b₁ < 0  и  q > 1.

Если  q < 0, то геометрическая прогрессия является знакопеременной: её члены с нечётными номерами имеют тот же знак, что и её первый член, а члены с чётными номерами — противоположный ему знак. Ясно, что знакопеременная геометрическая прогрессия не является монотонной.

Произведение первых n членов геометрической прогрессии можно рассчитать по формуле:

P_n = b₁ · b₂ · b₃ · . . . · b_n = (b₁ · b_n) ^n/₂.

► Например,

1 · 2 · 4 · 8 · 16 · 32 · 64 · 128 = (1 · 128)^8/2 = 128⁴ = 268 435 456;

3 · 6 · 12 · 24 · 48 = (3 · 48)^5/2 = (144^1/2)⁵ = 12⁵ = 248 832.◄

Бесконечно убывающая геометрическая прогрессия

Бесконечно убывающей геометрической прогрессией называют бесконечную геометрическую прогрессию, модуль знаменателя которой меньше 1, то есть 

|q| < 1.

Заметим, что бесконечно убывающая геометрическая прогрессия может не быть убывающей последовательностью. Это соответствует случаю

–1 < q < 0.

При таком знаменателе последовательность знакопеременная. Например,

1, –¹/₂, ¹/₄, –¹/₈, . . .  .

Суммой бесконечно убывающей геометрической прогрессии называют число, к которому неограниченно приближается сумма первых n членов прогрессии при неограниченном возрастании числа n. Это число всегда конечно и выражается формулой

S  =  b1 + b2 + b3 + . . . =	b1	.
1 – q

► Например,

10 + 1 + 0,1 + 0,01 + . . . = 10 / (1 – 0,1) = 11 ¹/₉ ,

10 – 1 + 0,1 – 0,01 + . . . = 10 / (1 + 0,1) = 9 ¹/₁₁ . ◄

Связь арифметической и геометрической прогрессий

Арифметическая и геометрическая прогрессии тесно связаны между собой. Рассмотрим лишь два примера.

Если

a₁, a₂, a₃, . . .— арифметическая прогрессия с разностью d, то

b^a₁, b^a₂, b^a₃, . . . — геометрическая прогрессия с знаменателем b^d.

► Например,

1, 3, 5, . . . — арифметическая прогрессия с разностью 2 и

7¹, 7³, 7⁵, . . . — геометрическая прогрессия с знаменателем 7². ◄

Если

b₁, b₂, b₃, . . .— геометрическая прогрессия с знаменателем q, то

log_a b₁,  log_a b₂,  log_a b₃, . . . — арифметическая прогрессия с разностью  log_a q.

► Например,

2, 12, 72, . . . — геометрическая прогрессия с знаменателем 6 и

lg 2,  lg 12,  lg 72, . . . — арифметическая прогрессия с разностью  lg 6. ◄

      Смотрите также:

Обозначения и сокращения

Таблицы чисел

Алгебраические тождества

Степени

Арифметический корень n-й степени

Логарифмы

Графики элементарных функций

Построение графиков функций геометрическими методами

Тригонометрия

Таблицы значений тригонометрических функций

Предел и непрерывность функции

Треугольники

Четырёхугольники

Многоугольники

Окружность

Площади геометрических фигур

Прямые и плоскости

Многогранники

Тела вращения

Прогрессия — это последовательность величин, каждая последующая из них находится в некоторой, общей для всей прогрессии, зависимости от предыдущей.

Содержание:

Числовая последовательность

В жизни мы часто встречаемся с функциями, областью определения которых является множество натуральных чисел. Например, стоимость проезда в пригородном транспорте зависит от дальности поездки и задается функцией

Функция стоимости проезда задана таблично, областью определения функции является множество натуральных чисел В таком случае говорят, что рассматривается функция натурального аргумента, или числовая последовательность.

Примером числовой последовательности является последовательность положительных четных чисел: 2; 4; 6; 8; … . Число 2 — первый член последовательности, число 4 — второй и т. д. Ясно, что на 5-м месте будет число 10 (пятый член последовательности), а на 100-м — число 200 (сотый член последовательности).

Еще один пример — последовательность чисел, обратных натуральным числам: На месте запишется число которое является членом данной последовательности.

Последовательности могут быть конечными и бесконечными. Например, последовательность двузначных чисел 10; 11; …; 99 является конечной, так как содержит конечное число членов. А последовательность нечетных натуральных чисел — бесконечная.

Определение числовой последовательности

Определение:

Числовой последовательностью называется функция, определенная на множестве натуральных чисел, т. е. зависимость, при которой каждому натуральному числу ставится в соответствие единственное действительное число.

Числа, образующие последовательность (значения функции), называются членами последовательности. Они записываются буквами с индексами, обозначающими номер члена последовательности: — первый член последовательности, — второй член последовательности, член последовательности. Последовательность с членом обозначается Для обозначения последовательности можно использовать любую букву латинского алфавита. Например, последовательность имеет вид

Если — последовательность нечетных натуральных чисел

Последовательности, так же как и функции, могут быть заданы различными способами.

Аналитический способ — это задание последовательности с помощью формулы ее члена. Например, последовательность четных натуральных чисел можно задать с помощью формулы а последовательность чисел, обратных натуральным числам, задается формулой

С помощью формулы члена можно найти любой член последовательности.

Например, пусть последовательность задана формулой тогда

Чтобы найти некоторый член последовательности с помощью формулы члена, нужно вместо п подставить в формулу натуральное число, равное номеру искомого члена (индексу в его обозначении).

Для задания последовательностей часто используется рекуррентный способ (от лат. recurrentis — возвращающийся). Он заключается в вычислении следующих членов последовательности по предыдущим.

Например, условия и определяют бесконечную последовательность: т. е.

Пример №1

Найдите несколько членов последовательности где

Решение:

Запишем несколько членов этой последовательности в ряд: 1; 1; 2; 3; 5; … .

Полученную последовательность чисел называют последовательностью Фибоначчи по имени итальянского математика Леонардо Фибоначчи (1180—1240).

Формула n-го члена последовательности

Пример №2

Последовательность задана формулой члена Найдите:

Решение:

Пример №3

Последовательность задана формулой члена Является ли членом этой последовательности число:

а) -2; б) -7?

Решение:

Для того чтобы определить, является ли число членом последовательности, нужно определить, имеет ли натуральные корни уравнение:

а) значит, число -2 не является членом последовательности;

б) значит, число -7 является членом последовательности с номером 5.

Пример №4

Для каких членов последовательности заданной формулой члена выполняется неравенство ?

Решение:

Подставим в неравенство выражение для члена, получим Решение полученного квадратного неравенства есть отрезок [-4; 1], выберем из этого отрезка только натуральные числа, получим . Значит, данное неравенство выполняется только для первого члена последовательности.

Рекуррентный способ задания последовательности

Пример №5

Запишите 5 первых членов последовательности , если

Решение:

Пример №6

Запишите несколько первых членов последовательности , если

Задайте эту последовательность формулой члена.

Решение:

Получим следующую последовательность: 8; -8; 8; -8; …. На нечетных местах этой последовательности стоят члены, равные числу 8, а на четных — числу -8, значит, формула члена имеет вид

Арифметическая прогрессия

Рассмотрим задачу. В горной местности температура воздуха летом при подъеме на каждые 100 м в среднем понижается на 0,7 °С. У подножия горы температура равна 26 °С. Найдите температуру воздуха на высоте 100 м; 200 м; 300 м.

Решение:

Температура воздуха на высоте 100 м равна 26 °С — 0,7 °С = 25,3 °С. На высоте 200 м температура будет равна 25,3 °С — 0,7 °С = 24,6 °С, а на высоте 300 м — 24,6 °С — 0,7 °С = 23,9 °С.

Ответ: 25,3 °С; 24,6 °С; 23,9 °С.

Решая задачу, мы получили последовательность 26; 25,3; 24,6; … . Каждый член этой последовательности равен предыдущему, сложенному с числом -0,7. Многие практические задачи приводят к последовательностям такого вида. Они называются арифметическими прогрессиями (от лат. progression — движение вперед).

Определение арифметической прогрессией

Определение:

Арифметической прогрессией называется числовая последовательность, каждый член которой, начиная со второго, равен предыдущему члену, сложенному с одним и тем же для данной последовательности числом, т. е.

Число называется разностью арифметической прогрессии.

Из равенства следует, что

Чтобы задать арифметическую прогрессию , достаточно задать ее первый член и разность

Например, если то получится арифметическая прогрессия 3; 7; 11; 15; … .

Если то арифметическая прогрессия имеет вид 2; -1; -4; -7; -10; … .

Если то все члены арифметической прогрессии равны между собой: -7; -7; -7; -7; … .

Чтобы вычислить любой член арифметической прогрессии, не вычисляя все предыдущие члены, используют формулу члена арифметической прогрессии

Выведем эту формулу. Если — арифметическая прогрессия с разностью то, используя определение, получим верные равенства:

Сложим эти равенства:

После упрощения получим:

Так как число слагаемых равно , то равенство примет вид

Получили формулу члена арифметической прогрессии

Формула члена арифметической прогрессии позволяет вычислить любой член прогрессии, зная ее первый член , номер члена и разность прогрессии

Пример №7

Последовательность — арифметическая прогрессия, Найдите 100-й член прогрессии.

Решение:

По формуле члена получим:

Ответ: 249,5.

Пример №8

Последовательность — арифметическая прогрессия, Является ли членом этой прогрессии число: а) 168; б) 201?

Решение:

а) По условию Подставим эти значения в формулу члена и получим уравнение Решив его, получим, что — корень уравнения. Так как 67 — натуральное число, то число 168 является членом этой прогрессии с номером 67.

б) Подставим значения в формулу члена и получим уравнение Решим его: Так как корень уравнения 80,2 — не натуральное число, то число 201 не является членом этой прогрессии.

Ответ: а) число 168 является членом этой прогрессии; б) число 201 не является членом этой прогрессии.

Характеристическое свойство арифметической прогрессии

В арифметической прогрессии каждый ее член, начиная со второго, равен среднему арифметическому предыдущего и последующего (соседних с ним)

членов, т. е. при

при

Доказательство. В арифметической прогрессии для члена запишем по формуле члена предыдущий и последующий члены, т. е. и :

Найдем их среднее арифметическое:

Справедливо и обратное утверждение:

если в последовательности каждый ее член, начиная со второго, равен среднему арифметическому предыдущего и последующего (соседних с ним) членов, то последовательность является арифметической прогрессией.

Доказательство:

Пусть в некоторой числовой последовательности каждый ее член, начиная со второго, равен среднему арифметическому предыдущего и последующего членов, т. е. . Тогда ,

значит, разность каждого ее члена с предыдущим членом есть одно и то же число. Обозначим его получим при любом натуральном , следовательно, Значит, по определению последовательность — арифметическая прогрессия.

Оба утверждения можно объединить в одно, которое называется характеристическим свойством арифметической прогрессии:

числовая последовательность является арифметической прогрессией тогда и только тогда, когда каждый ее член, начиная со второго, равен среднему арифметическому предыдущего и последующего членов:

Пример №9

Проверьте, является ли арифметической прогрессией последовательность, заданная формулой

Решение:

Запишем для предыдущий и последующий члены последовательности:

Найдем среднее арифметическое этих членов:

По характеристическому свойству арифметической прогрессии последовательность является арифметической прогрессией.

Решение арифметической прогрессии

Пример №10

Последовательность 2; 12; 22; … является арифметической прогрессией. Продолжите последовательность.

Решение:

Так как последовательность является арифметической прогрессией, то найдем ее разность Тогда каждый следующий член последовательности равен предыдущему, сложенному с числом 10: 2; 12; 22; 32; 42;….

Пример №11

Известны члены арифметической прогрессии: Найдите разность этой прогрессии.

Решение:

Найдем разность арифметической прогрессии:

Формула n-го члена арифметической прогрессии

Пример №12

Последовательность — арифметическая прогрессия. Найдите двадцатый член прогрессии, если

Решение:

По формуле члена арифметической прогрессии получим:

Пример №13

Запишите формулу члена для арифметической прогрессии -15,5; -14,9; -14,3; … и найдите ее двадцатый член.

Решение:

По условию тогда Запишем формулу члена данной арифметической прогрессии, подставив в формулу значения для и :

Подставим в формулу члена данной арифметической прогрессии и найдем ее двадцатый член:

Пример №14

В арифметической прогрессии известно, что Число 16 является членом этой прогрессии. Найдите его номер.

Решение:

Так как то По условию Воспользуемся формулой тогда

Пример №15

В арифметической прогрессии Найдите разность прогрессии и ее первый член.

Решение:

По условию

Решим систему уравнений

Вычтем из второго уравнения первое, получим откуда Подставим в первое уравнение системы, получим

Характеристическое свойство арифметической прогрессии

Пример №16

Найдите восьмой член арифметической прогрессии если

Решение:

По характеристическому свойству арифметической прогрессии т. е.

Пример №17

При каком значении последовательность является арифметической прогрессией?

Решение:

По характеристическому свойству прогрессии последовательность является арифметической прогрессией, если каждый ее член, начиная со второго, равен среднему арифметическому предыдущего и последующего членов:

Решим полученное уравнение:

Формула суммы n первых членов арифметической прогрессии

Рассмотрим задачу. Двое друзей решили улучшить знание английского языка и каждый день учить на 3 новых слова больше, чем в предыдущий. Сколько слов выучит каждый из друзей за 10 дней, если они начнут с одного слова?

Для решения этой задачи нужно найти сумму десяти первых членов арифметической прогрессии у которой

Возникает вопрос: как найти эту сумму, не вычисляя всех десяти членов прогрессии?

В общем виде эта задача приводит к необходимости вывода формулы суммы первых членов арифметической прогрессии:

Для того чтобы вывести эту формулу, докажем свойство: суммы двух членов конечной арифметической прогрессии, равноудаленных от ее концов, равны между собой и равны сумме первого и последнего ее членов, т. е.

В общем виде:

Доказательство:

Преобразуем слагаемые в левой части равенства, воспользовавшись формулой члена:

Тогда получим:

С помощью доказанного свойства найдем, например, сумму всех натуральных чисел от 1 до 50.

Натуральные числа от 1 до 50 составляют арифметическую прогрессию 1; 2; 3; …; 50. Первый член этой прогрессии равен 1, последний равен 50. Всего в этой прогрессии 50 членов.

Поскольку то и и и (рис. 94), то искомая сумма равна

Обозначим через и запишем эту сумму дважды: с первого члена до и с члена до первого:

Сложим эти два равенства и получим:

По свойству заменим каждую сумму в скобках на

Число всех таких пар сумм равно значит, удвоенная искомая сумма равна:

т. е. — формула суммы первых членов арифметической прогрессии.

Идея такого доказательства принадлежит выдающемуся немецкому математику К. Гауссу (1777—1855).

Формулу суммы первых членов арифметической прогрессии можно записать и в другом виде. Для этого по формуле члена арифметической прогрессии выразим через и и получим:

Если известен первый член прогрессии и разность, то удобно использовать формулу

Применим эту формулу к задаче о количестве выученных иностранных слов и получим: Каждый из друзей выучил по 145 новых слов.

Пример №18

Найдите сумму пятидесяти первых членов арифметической прогрессии 3; 7; 11; 15; … .

Решение:

В этой прогрессии первый член равен 3, а разность Применим формулу суммы

для и получим:

Ответ: 5050.

Пример №19

В арифметической прогрессии Найдите сумму 85 первых членов арифметической прогрессии.

Решение:

Применим формулу суммы и получим:

Ответ: 1785.

Пример №20

Найдите сумму шести первых членов арифметической прогрессии, если ее первый член равен -2, а разность прогрессии равна 0,4.

Решение:

Воспользуемся формулой

так как то

Пример №21

Найдите сумму 4 + 7 + 10+ … + 100, если ее слагаемые — последовательные члены арифметической прогрессии.

Решение:

Последовательность 4, 7, 10, …, 100 является арифметической прогрессией, в которой По формуле члена арифметической прогрессии найдем количество членов этой прогрессии:

Воспользуемся формулой суммы первых членов арифметической прогрессии п и найдем искомую сумму:

Пример №22

Найдите количество членов арифметической прогрессии, зная, что их сумма равна 430, первый член прогрессии равен -7, а разность прогрессии равна 3.

Решение:

Воспользуемся формулой суммы первых членов арифметической прогрессии Так как ,то составим и решим уравнение:

Так как — натуральное число, то

Пример №23

В арифметической прогрессии Найдите сумму членов этой прогрессии с четвертого по семнадцатый включительно.

Решение:

Найдем и Поскольку то составим систему уравнений

Решим полученную систему способом сложения:

Тогда

Примем четвертый член данной прогрессии за первый член некоторой другой прогрессии, тогда семнадцатый член данной прогрессии станет четырнадцатым (17 — 4 + 1 = 14) членом новой прогрессии. Искомая сумма равна:

Пример №24

Найдите сумму всех четных натуральных чисел, не превосходящих 300, которые при делении на 13 дают в остатке 5.

Решение:

Первое число в последовательности всех четных натуральных чисел, не превосходящих 300, которые при делении на 13 дают в остатке 5, — это число 18. Каждое следующее число равно предыдущему, сложенному с числом 26. Последнее четное число, которое при делении на 13 дает в остатке 5, — это число 278. Поскольку рассматриваются только четные числа, то разность прогрессии равна 26. Найдем номер числа прогрессии, равного 278: откуда

Геометрическая прогрессия

Рассмотрим задачу. Вкладчик положил в банк 1000 р. на

депозит, по которому сумма вклада увеличивается ежегодно на 5 %. Какая сумма будет у него через 1 год, 2 года, 6 лет?

Решение:

Начальная сумма в 1000 р. через год увеличится на 5 % и составит 105 % от 1000 р. Найдем 105 % = 1,05 от 1000 р.: 1000 • 1,05 = 1050 (р.).

Через два года сумма вклада станет равной (р.), через три года — (р.) и т. д. Получим числовую последовательность:

Через шесть лет сумма будет равна

Многие практические задачи приводят к последовательностям такого вида. Они называются геометрическими прогрессиями.

Определение геометрической прогрессии

Определение:

Геометрической прогрессией называется числовая последовательность, первый член которой отличен от нуля, а каждый следующий, начиная со второго, равен предыдущему, умноженному на одно и то же для данной последовательности число, не равное нулю, т. е.

Число называется знаменателем геометрической прогрессии.

Из равенства следует, что

Чтобы задать геометрическую прогрессию достаточно задать ее первый член , и знаменатель

Например, если то получится геометрическая прогрессия 3; 6; 12; 24; … .

Если то получится геометрическая прогрессия, знаки членов у которой чередуются, так как знаменатель прогрессии является отрицательным числом: 3; -6; 12; -24; … .

Если то геометрическая прогрессия имеет

вид

Если то все члены геометрической прогрессии равны между собой: 3; 3; 3; 3; … .

Чтобы вычислить любой член геометрической прогрессии, не вычисляя все предыдущие члены, используют формулу члена геометрической прогрессии

Выведем эту формулу. Если — геометрическая прогрессия и — ее знаменатель, то по определению верны равенства:

Перемножим эти равенства между собой:

Разделим обе части равенства на произведение и получим

Так как число множителей равно то равенство примет вид

Получили формулу члена геометрической прогрессии.

Формула члена геометрической прогрессии позволяет вычислить любой член прогрессии, зная ее первый член, номер члена и знаменатель прогрессии.

Пример №25

Последовательность — геометрическая прогрессия, Найдите 8-й член прогрессии.

Решение:

По формуле члена получим:

Ответ: 4374.

Пример №26

Последовательность — геометрическая прогрессия, Является ли число 320 членом этой прогрессии?

Решение:

По условию Подставим эти значения в формулу члена и получим уравнение

Решим это уравнение:

Так как 8 — натуральное число, то число 320 является членом этой прогрессии с номером 8.

Ответ: число 320 является членом этой прогрессии.

• Заказать решение задач по высшей математике

Характеристическое свойство геометрической прогрессии

В геометрической прогрессии модуль каждого ее члена, начиная со второго, равен среднему пропорциональному предыдущего и последующего (соседних с ним) ее членов, т. е. при

или при

Доказательство:

В геометрической прогрессии для члена запишем по формуле члена предыдущий и последующий (соседние) члены, т. е. и :

Найдем среднее пропорциональное (среднее геометрическое) соседних с членов геометрической прогрессии. Для этого перемножим равенства и получим:

Выполним преобразования в правой части равенства:

откуда получим, что

или

Справедливо и обратное утверждение:

• если в последовательности чисел, отличных от нуля, модуль каждого ее члена, начиная со второго, равен среднему пропорциональному предыдущего и последующего (соседних с ним) ее членов, то последовательность является геометрической прогрессией.

Доказательство:

Пусть в некоторой числовой последовательности модуль каждого ее члена, начиная со второго, равен среднему пропорциональному предыдущего и последующего ее членов, т. е. .

Тогда значит, т. е. частное от деления каждого члена последовательности на предшествующий ему член есть одно и то же число, отличное от нуля. Обозначим его получим при любом натуральном следовательно, Значит, по определению последовательность — геометрическая прогрессия.

Оба утверждения можно объединить в одно, которое называется характеристическим свойством геометрической прогрессии:

• числовая последовательность, все члены которой отличны от нуля, является геометрической прогрессией тогда и только тогда, когда модуль каждого ее члена, начиная со второго, равен среднему пропорциональному предыдущего и последующего ее членов:

Пример №27

Проверьте, является ли геометрической прогрессией последовательность, заданная формулой

Решение:

Запишем для предыдущий и последующий члены последовательности:

Найдем среднее пропорциональное этих членов:

По характеристическому свойству геометрической прогрессии последовательность является геометрической прогрессией.

Решение геометрической прогрессии

Пример №28

Последовательность 2; 10; 50; … является геометрической прогрессией. Продолжите последовательность.

Решение:

Так как последовательность является геометрической прогрессией, то найдем ее знаменатель Тогда каждый следующий член равен предыдущему, умноженному на число 5: 2; 10; 50; 250; 1250; 6250; ….

Пример №29

Известны члены геометрической прогрессии:

Найдите знаменатель этой прогрессии.

Решение:

Так как знаменатель геометрической прогрессии равен отношению любого ее члена к предыдущему, то

Формула n-го члена геометрической прогрессии:

Пример №30

Последовательность — геометрическая прогрессия. Найдите пятый член этой прогрессии, если

Решение:

По формуле члена геометрической прогрессии получим:

Пример №31

Запишите формулу члена для геометрической прогрессии -216; 36; -6; … и найдите ее седьмой член.

Решение:

По условию тогда Запишем формулу члена данной геометрической прогрессии, подставив в формулу значения для и

Подставим в формулу члена данной геометрической прогрессии и найдем ее седьмой член:

Пример №32

Найдите номер члена геометрической прогрессии 0,1; 0,3; …, равного 218,7.

Решение:

Найдем знаменатель прогрессии:

Известно, что По формуле члена геометрической прогрессии получим:

Пример №33

Найдите знаменатель и первый член геометрической прогрессии если

Решение:

По условию

Составим систему уравнений

Разделим второе уравнение на первое и получим:

Подставим это значение в первое уравнение системы и получим

Характеристическое свойство геометрической прогрессии

Пример №34

Найдите сорок девятый член геометрической прогрессии, если сорок восьмой ее член равен 4, а пятидесятый ее член равен 9.

Решение:

Воспользуемся характеристическим свойством геометрической прогрессии и получим Тогда или

Пример №35

При каком значении последовательность является геометрической прогрессией?

Решение:

По характеристическому свойству прогрессии последовательность является геометрической прогрессией, если каждый ее член, начиная со второго, равен среднему пропорциональному предыдущего и последующего членов:

Решим полученное уравнение:

Формула суммы n первых членов геометрической прогрессии

Немало легенд связано с геометрической прогрессией.

Наиболее известная из них рассказывает об изобретателе шахмат.

По легенде, когда создатель шахмат показал свое изобретение правителю страны, тому так понравилась игра, что он дал изобретателю право самому выбрать награду. Мудрец попросил у правителя за первую клетку шахматной доски заплатить ему одно зерно пшеницы, за вторую — два, за третью — четыре и т. д., удваивая количество зерен на каждой следующей клетке (рис. 96).

Правитель быстро согласился и приказал казначею выдать мудрецу нужное количество зерна. Однако когда казначей показал расчеты, то оказалось, что расплатиться невозможно, разве только осушить моря и океаны и засеять все пшеницей.

Число зерен, которое попросил мудрец, равно сумме членов геометрической прогрессии т. е.

Выведем формулу, по которой можно находить сумму первых членов геометрической прогрессии.

Обозначим сумму первых членов геометрической прогрессии через тогда:

Умножим обе части этого равенства на знаменатель прогрессии и получим:

Вычтем из второго равенства первое и получим:

т. e. Выразим из этого равенства при и получим формулу суммы первых членов геометрической прогрессии

Если то все члены прогрессии равны первому члену, и сумму первых прогрессии членов такой геометрической прогрессии можно найти по формуле

Формула суммы n первых членов геометрической прогрессии:

Вычислим по формуле суммы первых членов геометрической прогрессии число зерен, которое запросил в награду мудрец, т. е. сумму

Первый член геометрической прогрессии знаменатель количество членов прогрессии равно 64.

Тогда

Такого количества пшеницы человечество не собрало за всю свою историю.

Пример №36

Найдите сумму десяти первых членов геометрической прогрессии в которой

Решение:

Применим формулу суммы для

получим

Ответ: 511,5.

Пример №37

Найдите сумму двенадцати первых членов геометрической прогрессии 3; -6; 12; -24; … .

Решение:

Подставим в формулу значения

Ответ. -4095.

Пример №38

Найдите сумму пяти первых членов геометрической прогрессии если

Решение:

Найдем знаменатель и первый член геометрической прогрессии:

тогда

По формуле найдем

Пример №39

Сумма членов геометрической прогрессии равна 605. Найдите количество членов прогрессии, если

Решение:

Подставим в формулу значения и найдем

Пример №40

В геометрической прогрессии известно, что Найдите

Решение:

Найдем знаменатель прогрессии:

Подставим в формулу члена геометрической прогрессии и найдем первый член прогрессии:

По формуле найдем сумму трех первых членов геометрической прогрессии:

Пример №41

В геометрической прогрессии известно, что Найдите сумму п первых членов этой прогрессии.

Решение:

Зная, что третий член геометрической прогрессии равен 16, а ее знаменатель равен 2, по формуле найдем первый член прогрессии: Воспользуемся формулой члена геометрической прогрессии и найдем

По формуле суммы первых членов геометрической прогрессии найдем

Сумма бесконечно убывающей геометрической прогрессии

Любую обыкновенную дробь можно записать в виде десятичной дроби — конечной или бесконечной периодической дроби. Например, — конечная десятичная дробь. Бесконечная периодическая десятичная дробь получается в случае, когда деление «не заканчивается», например

Вы рассматривали правило записи конечной десятичной дроби в виде обыкновенной дроби (например, ит. п.).

Выясним, как бесконечную периодическую десятичную дробь записать в виде обыкновенной дроби.

Рассмотрим, например, бесконечную периодическую десятичную дробь 0,(7) = 0,7777… . Определим, какой обыкновенной дроби равно это число.

Запишем дробь 0,(7) в виде суммы разрядных слагаемых:

В данном случае необходимо найти сумму бесконечного числа слагаемых.

Слагаемые этой суммы являются членами бесконечной

геометрической прогрессии со знаменателем Такие геометрические прогрессии называются бесконечно убывающими геометрическими прогрессиями.

Определение. Бесконечно убывающей геометрической прогрессией называется такая бесконечная геометрическая прогрессия, у которой знаменатель

Например, геометрическая прогрессия является бесконечно убывающей геометрической прогрессий, так как

Геометрическая прогрессия также является бесконечно убывающей геометрической прогрессией, поскольку

Для того чтобы представить бесконечную периодическую десятичную дробь в виде обыкновенной, нужно найти сумму бесконечно убывающей геометрической прогрессии. Ее обозначают буквой и находят по формуле

Покажем идею вывода формулы суммы бесконечно убывающей геометрической прогрессии.

Рассмотрим бесконечную геометрическую прогрессию у которой Сумма первых членов данной прогрессии вычисляется по формуле Запишем эту формулу в виде

Представим, что п неограниченно возрастает (говорят, что стремится к бесконечности, и записывают ). Поскольку то при неограниченном увеличении числа степень стремится к нулю, а значение разности стремится к единице. Значит, при неограниченном увеличении числа сумма стремится к числу что можно записать в виде при

Число называют суммой бесконечно убывающей геометрической прогрессии у которой Таким образом,

Обозначим сумму бесконечно убывающей геометрической прогрессии буквой и получим формулу:

Вычислим по этой формуле сумму разрядных слагаемых:

Слагаемые этой суммы образуют бесконечно убывающую геометрическую прогрессию первый член которой равен

а знаменатель равен

Сумма бесконечно убывающей геометрической прогрессии:

Так как то можем найти сумму этой бесконечной прогрессии. Подставим в формулу и получим:

Значит,

Таким образом, бесконечную периодическую десятичную дробь 0,(7) можно записать в виде обыкновенной дроби , т. е.

Таким же способом можно любую бесконечную периодическую десятичную дробь представить в виде обыкновенной дроби.

Чтобы записать бесконечную периодическую десятичную дробь в виде обыкновенной дроби, нужно:

1. Представить число в виде суммы разрядных слагаемых.
2. Выделить сумму бесконечно убывающей геометрической прогрессии.
3. Указать первый член , и найти знаменатель этой прогрессии
4. Найти сумму бесконечно убывающей геометрической прогрессии по формуле
5. Вычислить сумму первых слагаемых и найденного значения суммы бесконечно убывающей геометрической прогрессии.

Запишите в виде обыкновенной дроби число

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

Бесконечно убывающая геометрическая прогрессия

Пример №42

В бесконечной геометрической прогрессии Является ли эта прогрессия бесконечно убывающей геометрической прогрессией?

Решение:

Найдем знаменатель прогрессии: Так как то данная прогрессия является бесконечно убывающей геометрической прогрессией.

Пример №43

Является ли бесконечно убывающей геометрическая прогрессия:

а)

б)

в)

Решение:

а) Каждый член этой геометрической прогрессии, начиная со второго, равен предыдущему, умноженному на число Так как то прогрессия является бесконечно убывающей геометрической прогрессией.

б) Поскольку, то прогрессия является бесконечно убывающей геометрической прогрессией.

в) Знаменатель прогрессии Так-как то прогрессия не является бесконечно убывающей геометрической прогрессией.

Пример №44

Найдите сумму бесконечно убывающей геометрической прогрессии, в которой

Решение:

По формуле получим:

Пример №45

В бесконечно убывающей геометрической прогрессии Найдите первый член этой прогрессии.

Решение:

В формулу суммы бесконечно убывающей геометрической прогрессии подставим и получим Решим полученное уравнение:

Пример №46

Запишите бесконечную периодическую десятичную дробь 15,2(3) в виде обыкновенной дроби.

Решение:

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

Арифметическая прогрессия — это последовательность чисел, в которой разница между двумя соседними числами — постоянна.

Пример:

Последовательность 1, 2, 3, 4,… является арифметической прогрессией с шагом(разностью) прогрессии 1.

Пример:

Последовательность 3, 5, 7, 9, 11,… является арифметической прогрессией с разностью 2.

Пример:

Последовательность 20, 10, 0, -10, -20, -30,… является арифметической прогрессией с разностью -10.

Последовательности

Будем выписывать в порядке возрастания положительные четные числа. Первое такое число равно 2, второе 4, третье 6, четвертое 8 и т. д. Получим последовательность

2; 4; 6; 8; … .

Очевидно, что на пятом месте в этой последовательности будет число 10, на десятом — число 20, на сотом — число 200. Вообще для любого натурального числа п можно указать соответствующее ему положительное четное число; оно равно 2n.

Рассмотрим еще одну последовательность. Будем выписывать в порядке убывания правильные дроби с числителем, равным 1:

Для любого натурального числа n мы можем указать соответствующую ему дробь; она равна Так, на шестом месте должна стоять дробь на тридцатом дробь , на тысячном — дробь

Числа, образующие последовательность, называют соответственно первым, вторым, третьим, четвертым и т. д. членами последовательности. Члены последовательности обычно обозначают буквами с индексами, указывающими порядковый номер члена. Например, (читают: «а первое, а второе, а третье, а четвертое» и т. д.). Вообще член последовательности с номером n, или, как говорят, n-й член последовательности, обозначают Саму последовательность будем обозначать так:

Заметим, что последовательность может содержать конечное число членов. В таком случае ее называют конечной. Например, конечной является последовательность двузначных чисел:

Чтобы задать последовательность, нужно указать способ, позволяющий найти член последовательности с любым номером.

Часто последовательность задают с помощью формулы n-го члена последовательности. Например, последовательность положительных четных чисел можно задать формулой последовательность правильных дробей с числителем, равным 1, — формулой Приведем другие примеры.

Пример:

Пусть последовательность задана формулой Подставляя вместо n натуральные числа 1, 2, 3, 4, 5 и т. д., получаем:

Рассматриваемая последовательность начинается так:

Пример:

Пусть последовательность задана формулой Все члены этой последовательности с нечетными номерами равны —10, а с четными номерами равны 10:

Получаем последовательность

Пример:

Формулой задается последовательность, все члены которой равны 5:

Рассмотрим еще один способ задания последовательности.

Пример:

Пусть первый член последовательности равен 3, а каждый следующий член равен квадрату предыдущего, т. е.

С помощью формулы можно по известному первому члену последовательности вычислить второй, затем по известному второму найти третий, по известному третьему — четвертый и т. д. Получим последовательность

Формулу, выражающую любой член последовательности, начиная с некоторого, через предыдущие (один или несколько), называют рекуррентной (от латинского слова recurro — возвращаться).

Определение арифметической прогрессии

Формула n-го члена арифметической прогрессии:

Рассмотрим последовательность натуральных чисел, которые при делении на 4 дают в остатке 1:

Каждый ее член, начиная со второго, получается прибавлением к предыдущему члену числа 4. Эта последовательность является примером арифметической, прогрессии.

Определение:

Арифметической прогрессией называется последовательность, каждый член которой, начиная со второго, равен предыдущему члену, сложенному с одним и тем же числом.

Иначе говоря, последовательность — арифметическая прогрессия, если для любого натурального п выполняется условие

где d — некоторое число.

Из определения арифметической прогрессии следует, что разность между любым ее членом, начиная со второго, и предыдущим членом равна d, т. е. при любом натуральном n верно равенство

Число d называют разностью арифметической прогрессии.

Чтобы задать арифметическую прогрессию, достаточно указать ее первый член и разность. Приведем примеры.

Если то получим арифметическую прогрессию

члены которой — последовательные натуральные числа.

Если то получим арифметическую прогрессию

которая является последовательностью положительных нечетных чисел.

Если то получим арифметическую прогрессию

которая является последовательностью отрицательных четных чисел.

Если то имеем арифметическую прогрессию

все члены которой равны между собой.

Зная первый член и разность арифметической прогрессии, можно найти любой ее член, вычисляя последовательно второй, третий, четвертый и т. д. члены. Однако для нахождения члена прогрессии с большим номером такой способ неудобен. Постараемся отыскать способ, требующий меньшей вычислительной работы.

По определению арифметической прогрессии

Точно так же находим, что и вообще, чтобы найти нужно к прибавить (n — 1) d, т. е.

Мы получили формулу n-го члена арифметической прогрессии.

Приведем примеры решения задач с использованием этой формулы.

Пример:

Последовательность — арифметическая прогрессия, в которой с1 = 0,62 и d = 0,24. Найдем пятидесятый член этой прогрессии.

Имеем:

Пример:

Выясним, является ли число —122 членом арифметической прогрессии

В данной арифметической прогрессии и Запишем формулу n-го члена прогрессии:

Число —122 является членом арифметической прогрессии , если существует такое натуральное число n, при котором значение выражения 28,8 — 5,8n равно —122. Решим уравнение 28,8 — 5,8n = 122:

Значит, число —122 является 26-м членом данной арифметической прогрессии.

Формулу n-го члена арифметической прогрессии можно записать иначе:

Отсюда ясно, что любая арифметическая прогрессия может быть задана формулой вида

где k и b — некоторые числа.

Верно и обратное: последовательность , заданная формулой вида

где k и b — некоторые числа, является арифметической прогрессией.

Действительно, найдем разность (n + 1)-го и n-го членов последовательности :

Значит, при любом n справедливо равенство и по определению последовательность является арифметической прогрессией, причем разность этой прогрессии равна k.

Формула суммы n первых членов арифметической прогрессии

Пусть требуется найти сумму первых ста натуральных чисел. Покажем, как можно решить эту задачу, не выполняя непосредственного сложения чисел.

Обозначим искомую сумму через S и запишем ее дважды, расположив в первом случае слагаемые в порядке возрастания, а во втором — в порядке убывания:

Каждая пара чисел, расположенных друг под другом, дает в сумме 101. Число таких пар равно 100. Поэтому, сложив равенства почленно, получим:

Итак,

С помощью аналогичных рассуждений можно найти сумму первых членов любой арифметической прогрессии.

Обозначим сумму n первых членов арифметической прогрессии через и запишем эту сумму дважды, расположив в первом случае слагаемые в порядке возрастания их номеров, а во втором случае в порядке убывания:

Сумма каждой пары членов прогрессии, расположенных друг под другом, равна Действительно,

и т. д.

Число таких пар равно n. Поэтому, сложиd почленно равенства (1) и (2), получим:

Разделив обе части последнего равенства на 2, получим формулу суммы п первых членов арифметической прогрессии:

Приведем примеры на вычисление суммы членов арифметической прогрессии.

Пример:

Найдем сумму первых тридцати членов арифметической прогрессии 4; 5,5; … .

В данной арифметической прогрессии Тридцатый член прогрессии найдем по формуле n-го члена:

Теперь вычислим сумму первых тридцати членов:

Заметим, что если заданы первый член и разность арифметической прогрессии, то удобно пользоваться формулой суммы, представленной в другом виде. Подставим в формулу (I) вместо выражение получим:

Если для решения рассмотренной задачи воспользоваться формулой (II), то вычисления будут выглядеть так:

Пример:

Найдем сумму первых сорока членов последовательности , заданной формулой

Последовательность является арифметической прогрессией, так как она задана формулой вида и b = — 4.

Найдем первый и сороковой члены этой арифметической прогрессии: Теперь по формуле (I) вычислим S40:

Пример:

Найдем сумму 1 + 2 + 3 + … + n, слагаемыми в которой являются все натуральные числа от 1 до n.

Применив формулу к арифметической прогрессии 1; 2; 3; … получим, что

Пример:

Найдем сумму всех натуральных чисел, кратных шести и не превосходящих 250.

Натуральные числа, кратные шести, образуют арифметическую прогрессию, которую можно задать формулой Чтобы выяснить, сколько членов этой прогрессии не превосходит 250, решим неравенство

Значит, число членов прогрессии, сумму которых надо найти, равно 41. Имеем:

Решение заданий и задач по предметам:

• Математика
• Высшая математика
• Математический анализ
• Линейная алгебра

Дополнительные лекции по высшей математике:

1. Тождественные преобразования алгебраических выражений
2. Функции и графики
3. Преобразования графиков функций
4. Квадратная функция и её графики
5. Алгебраические неравенства
6. Неравенства
7. Неравенства с переменными
8. Прогрессии в математике
9. Геометрическая прогрессия
10. Показатели в математике
11. Логарифмы в математике
12. Исследование уравнений
13. Уравнения высших степеней
14. Уравнения высших степеней с одним неизвестным
15. Комплексные числа
16. Непрерывная дробь (цепная дробь)
17. Алгебраические уравнения
18. Неопределенные уравнения
19. Соединения
20. Бином Ньютона
21. Число е
22. Непрерывные дроби
23. Функция
24. Исследование функций
25. Предел
26. Интеграл
27. Двойной интеграл
28. Тройной интеграл
29. Интегрирование
30. Неопределённый интеграл
31. Определенный интеграл
32. Криволинейные интегралы
33. Поверхностные интегралы
34. Несобственные интегралы
35. Кратные интегралы
36. Интегралы, зависящие от параметра
37. Квадратный трехчлен
38. Производная
39. Применение производной к исследованию функций
40. Приложения производной
41. Дифференциал функции
42. Дифференцирование в математике
43. Формулы и правила дифференцирования
44. Дифференциальное исчисление
45. Дифференциальные уравнения
46. Дифференциальные уравнения первого порядка
47. Дифференциальные уравнения высших порядков
48. Дифференциальные уравнения в частных производных
49. Тригонометрические функции
50. Тригонометрические уравнения и неравенства
51. Показательная функция
52. Показательные уравнения
53. Обобщенная степень
54. Взаимно обратные функции
55. Логарифмическая функция
56. Уравнения и неравенства
57. Положительные и отрицательные числа
58. Алгебраические выражения
59. Иррациональные алгебраические выражения
60. Преобразование алгебраических выражений
61. Преобразование дробных алгебраических выражений
62. Разложение многочленов на множители
63. Многочлены от одного переменного
64. Алгебраические дроби
65. Пропорции
66. Уравнения
67. Системы уравнений
68. Системы уравнений высших степеней
69. Системы алгебраических уравнений
70. Системы линейных уравнений
71. Системы дифференциальных уравнений
72. Арифметический квадратный корень
73. Квадратные и кубические корни
74. Извлечение квадратного корня
75. Рациональные числа
76. Иррациональные числа
77. Арифметический корень
78. Квадратные уравнения
79. Иррациональные уравнения
80. Последовательность
81. Ряды сходящиеся и расходящиеся
82. Тригонометрические функции произвольного угла
83. Тригонометрические формулы
84. Обратные тригонометрические функции
85. Теорема Безу
86. Математическая индукция
87. Показатель степени
88. Показательные функции и логарифмы
89. Множество
90. Множество действительных чисел
91. Числовые множества
92. Преобразование рациональных выражений
93. Преобразование иррациональных выражений
94. Геометрия
95. Действительные числа
96. Степени и корни
97. Степень с рациональным показателем
98. Тригонометрические функции угла
99. Тригонометрические функции числового аргумента
100. Тригонометрические выражения и их преобразования
101. Преобразование тригонометрических выражений
102. Комбинаторика
103. Вычислительная математика
104. Прямая линия на плоскости и ее уравнения
105. Прямая и плоскость
106. Линии и уравнения
107. Прямая линия
108. Уравнения прямой и плоскости в пространстве
109. Кривые второго порядка
110. Кривые и поверхности второго порядка
111. Числовые ряды
112. Степенные ряды
113. Ряды Фурье
114. Преобразование Фурье
115. Функциональные ряды
116. Функции многих переменных
117. Метод координат
118. Гармонический анализ
119. Вещественные числа
120. Предел последовательности
121. Аналитическая геометрия
122. Аналитическая геометрия на плоскости
123. Аналитическая геометрия в пространстве
124. Функции одной переменной
125. Высшая алгебра
126. Векторная алгебра
127. Векторный анализ
128. Векторы
129. Скалярное произведение векторов
130. Векторное произведение векторов
131. Смешанное произведение векторов
132. Операции над векторами
133. Непрерывность функций
134. Предел и непрерывность функций нескольких переменных
135. Предел и непрерывность функции одной переменной
136. Производные и дифференциалы функции одной переменной
137. Частные производные и дифференцируемость функций нескольких переменных
138. Дифференциальное исчисление функции одной переменной
139. Матрицы
140. Линейные и евклидовы пространства
141. Линейные отображения
142. Дифференциальные теоремы о среднем
143. Теория устойчивости дифференциальных уравнений
144. Функции комплексного переменного
145. Преобразование Лапласа
146. Теории поля
147. Операционное исчисление
148. Системы координат
149. Рациональная функция
150. Интегральное исчисление
151. Интегральное исчисление функций одной переменной
152. Дифференциальное исчисление функций нескольких переменных
153. Отношение в математике
154. Математическая логика
155. Графы в математике
156. Линейные пространства
157. Первообразная и неопределенный интеграл
158. Линейная функция
159. Выпуклые множества точек
160. Система координат