Як знайти дільник геометричної прогресії. Поняття геометричної прогресії

Геометрична прогресія, поряд з арифметичною, є важливим числовим рядом, який вивчається в шкільному курсіалгебри у 9 класі. У статті розглянемо знаменник геометричної прогресії, і те, як його значення впливає її властивості.

Визначення прогресії геометричної

Для початку наведемо визначення цього числового ряду. Прогресією геометричною називають такий ряд раціональних чисел, який формується шляхом послідовного множення його першого елемента на постійне число, що має назву знаменника.

Наприклад, числа у рядку 3, 6, 12, 24, ... - це прогресія геометрична, оскільки якщо помножити 3 (перший елемент) на 2, то отримаємо 6. Якщо 6 помножити на 2, то отримаємо 12 і так далі.

Члени послідовності прийнято позначати символом ai, де i - це ціле число, що вказує на номер елемента в ряду.

Наведене вище визначення прогресії можна записати мовою математики так: an = bn-1 * a1, де b - знаменник. Перевірити цю формулу легко: якщо n = 1, b1-1 = 1, і ми отримуємо a1 = a1. Якщо n = 2, тоді an = b * a1, і ми знову приходимо до визначення ряду чисел, що розглядається. Аналогічні міркування можна продовжити для великих значень n.

Знаменник прогресії геометричної

Число b повністю визначає, який характер матиме весь числовий ряд. Знаменник b може бути позитивним, негативним, а також мати значення більше одиниці або менше. Усі перелічені варіанти призводять до різних послідовностей:

• b > 1. Наявний зростаючий ряд раціональних чисел. Наприклад, 1, 2, 4, 8, ... Якщо елемент a1 буде негативним, тоді вся послідовність зростатиме лише за модулем, але зменшуватиметься з урахуванням знака чисел.
• b = 1. Часто такий випадок не називають прогресією, оскільки має місце звичайний ряд однакових раціональних чисел. Наприклад, -4, -4, -4.

Формула для суми

Перед тим як перейти до розгляду конкретних завдань з використанням знаменника виду прогресії, що розглядається, слід навести важливу формулудля суми перших n елементів. Формула має вигляд: Sn = (bn – 1) * a1 / (b – 1).

Отримати цей вислів можна самостійно, якщо розглянути рекурсивну послідовність членів прогресії. Також зауважимо, що у наведеній формулі достатньо знати лише перший елемент та знаменник, щоб знайти суму довільного числа членів.

Нескінченна спадна послідовність

Вище було дано пояснення, що вона є. Тепер, знаючи формулу для Sn, застосуємо її до цього числового ряду. Так як будь-яке число, модуль якого не перевищує 1, при зведенні великі ступеніпрагне нуля, тобто b∞ => 0, якщо -1

Оскільки різниця (1 - b) завжди буде позитивною, незалежно від значення знаменника, то знак суми прогресу, що нескінченно прогресує, геометричної S∞ однозначно визначається знаком її першого елемента a1.

Тепер розглянемо кілька завдань, де покажемо, як застосовувати набуті знання на конкретних числах.

Завдання № 1. Обчислення невідомих елементів прогресії та суми

Дана прогресія геометрична, знаменник прогресії 2, а її перший елемент 3. Чому дорівнюватимуть її 7-й і 10-й члени, і яка сума її семи початкових елементів?

Умова завдання складена досить просто і передбачає безпосереднє використання вищезгаданих формул. Отже, обчислення елемента з номером n використовуємо вираз an = bn-1 * a1. Для 7-го елемента маємо: a7 = b6 * a1, підставляючи відомі дані, отримуємо: a7 = 26 * 3 = 192. Аналогічним чином чинимо для 10-го члена: a10 = 29 * 3 = 1536.

Скористаємося відомою формулою для суми та визначимо цю величину для 7 перших елементів ряду. Маємо: S7 = (27 – 1) * 3 / (2 – 1) = 381.

Завдання № 2. Визначення суми довільних елементів прогресії

Нехай -2 дорівнює знаменник прогресії в геометричній прогресії bn-1 * 4 де n - ціле число. Необхідно визначити суму з 5 по 10 елемент цього ряду включно.

Поставлена ​​проблема не може бути вирішена безпосередньо з використанням відомих формул. Вирішити її можна двома різними методами. Для повноти викладу теми наведемо обидва.

Метод 1. Ідея його проста: необхідно розрахувати дві відповідні суми перших членів, а потім відняти від однієї іншу. Обчислюємо меншу суму: S10 = ((-2)10 - 1) * 4 / (-2 - 1) = -1364. Тепер обчислюємо велику суму: S4 = ((-2)4 - 1) * 4 / (-2 - 1) = -20. Зазначимо, що у останньому виразі підсумовувалися лише 4 доданків, оскільки 5-те вже входить у суму, яку потрібно обчислити за умовою завдання. Нарешті беремо різницю: S510 = S10 - S4 = -1364 - (-20) = -1344.

Метод 2. Перед тим, як підставляти цифри і рахувати, можна отримати формулу для суми між членами m і n ряду, що розглядається. Поступаємо так само, як у методі 1, тільки працюємо спочатку з символьним поданням суми. Маємо: Snm = (bn - 1) * a1 / (b - 1) - (bm-1 - 1) * a1 / (b - 1) = a1 * (bn - bm-1) / (b - 1). В отриманий вираз можна підставляти відомі числаі обчислювати кінцевий результат: S105 = 4*((-2)10-(-2)4)/(-2-1)=-1344.

Завдання № 3. Чому дорівнює знаменник?

Нехай a1 = 2, знайдіть знаменник прогресії геометричної, за умови, що її нескінченна сума становить 3, і відомо, що це менший ряд чисел.

За умовою завдання неважко здогадатися, якою формулою слід скористатися для її вирішення. Звичайно ж, для суми прогресії нескінченно спадаючою. Маємо: S∞ = a1/(1 - b). Звідки виражаємо знаменник: b = 1 - a1/S∞. Залишилося підставити відомі значенняі одержати необхідне число: b = 1 - 2 / 3 = -1 / 3 або -0,333 (3). Можна якісно перевірити цей результат, якщо згадати, що для цього типу послідовності модуль b не повинен виходити за межі 1. Як бачимо, |-1/3|

Завдання № 4. Відновлення ряду чисел

Нехай дані 2 елементи числового ряду, наприклад, 5-й дорівнює 30 і 10-й дорівнює 60. Необхідно за цими даними відновити весь ряд, знаючи, що він задовольняє властивості прогресії геометричної.

Щоб вирішити завдання, необхідно спочатку записати для кожного відомого члена відповідний вираз. Маємо: a5 = b4 * a1 та a10 = b9 * a1. Тепер розділимо другий вираз на перше, отримаємо: a10/a5 = b9 * a1 / (b4 * a1) = b5. Звідси визначаємо знаменник, взявши корінь п'ятого ступеня від відношення відомих із умови завдання членів, b = 1,148698. Отримане число підставляємо в один із виразів для відомого елемента, отримуємо: a1 = a5 / b4 = 30 / (1,148698)4 = 17,2304966.

Отже, ми виявили, чому дорівнює знаменник прогресії bn, і геометричну прогресію bn-1 * 17,2304966 = an, де b = 1,148698.

Де застосовуються прогресії геометричні?

Якби не існувало застосування цього числового ряду на практиці, його вивчення зводилося б до суто теоретичного інтересу. Але таке застосування існує.

Нижче наведено 3 найвідоміші приклади:

• Парадокс Зенона, в якому спритний Ахіллес не може наздогнати повільну черепаху, вирішується з використанням поняття спадної нескінченно послідовності чисел.
• Якщо на кожну клітину шахової дошки класти зерна пшениці так, що на 1-у клітинку покласти 1 зерно, на 2-у - 2, на 3-ю - 3 і так далі, то щоб заповнити всі клітини дошки знадобиться 18446744073709551615
• У грі "Вежа Ханоя", щоб переставити диски з одного стрижня на інший, необхідно виконати 2n - 1 операцій, тобто їх число зростає в геометричній прогресії від кількості дисків, що використовуються n.

Якщо кожному натуральному числу n поставити у відповідність дійсне число a n , то кажуть, що поставлено числову послідовність :

a 1 , a 2 , a 3 , . . . , a n , . . . .

Отже, числова послідовність – функція натурального аргументу.

Число a 1 називають першим членом послідовності , число a 2 — другим членом послідовності , число a 3 — третім і так далі. Число a n називають n-м членомпослідовності , а натуральне число n — його номером .

Із двох сусідніх членів a n і a n +1 послідовності член a n +1 називають наступним (по відношенню до a n ), а a n — попереднім (по відношенню до a n +1 ).

Щоб встановити послідовність, потрібно вказати спосіб, що дозволяє знайти член послідовності з будь-яким номером.

Часто послідовність задають за допомогою формули n-го члена тобто формули, яка дозволяє визначити член послідовності за його номером.

Наприклад,

послідовність позитивних непарних чисел можна задати формулою

a n= 2n - 1,

а послідовність чергуються 1 і -1 формулою

b n = (-1)n +1 . ◄

Послідовність можна визначити рекурентною формулою, тобто формулою, яка виражає будь-який член послідовності, починаючи з деякого через попередні (один або кілька) члени.

Наприклад,

якщо a 1 = 1 , а a n +1 = a n + 5

a 1 = 1,

a 2 = a 1 + 5 = 1 + 5 = 6,

a 3 = a 2 + 5 = 6 + 5 = 11,

a 4 = a 3 + 5 = 11 + 5 = 16,

a 5 = a 4 + 5 = 16 + 5 = 21.

Якщо а 1= 1, а 2 = 1, a n +2 = a n + a n +1 , то перші сім членів числової послідовностівстановлюємо наступним чином:

a 1 = 1,

a 2 = 1,

a 3 = a 1 + a 2 = 1 + 1 = 2,

a 4 = a 2 + a 3 = 1 + 2 = 3,

a 5 = a 3 + a 4 = 2 + 3 = 5,

a 6 = a 4 + a 5 = 3 + 5 = 8,

a 7 = a 5 + a 6 = 5 + 8 = 13. ◄

Послідовності можуть бути кінцевими і нескінченними .

Послідовність називається кінцевою якщо вона має кінцеве числочленів. Послідовність називається нескінченною якщо вона має нескінченно багато членів.

Наприклад,

послідовність двоцифрових натуральних чисел:

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

кінцева.

Послідовність простих чисел:

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

нескінченна. ◄

Послідовність називають зростаючою якщо кожен її член, починаючи з другого, більше ніж попередній.

Послідовність називають спадаючою якщо кожен її член, починаючи з другого, менше ніж попередній.

Наприклад,

2, 4, 6, 8, . . . , 2n, . . . - Зростаюча послідовність;

1, 1 / 2 , 1 / 3 , 1 / 4 , . . . , 1 /n, . . . - спадна послідовність. ◄

Послідовність, елементи якої зі збільшенням номера не зменшуються, або, навпаки, не зростають, називається монотонною послідовністю .

Монотонними послідовностями, зокрема, є зростаючі послідовності та спадні послідовності.

Арифметична прогресія

Арифметичною прогресією називається послідовність, кожен член якої, починаючи з другого, дорівнює попередньому, до якого додається те саме число.

a 1 , a 2 , a 3 , . . . , a n, . . .

є арифметичною прогресією, якщо для будь-якого натурального числа n виконується умова:

a n +1 = a n + d,

де d - Деяке число.

Таким чином, різниця між наступним та попереднім членами даної арифметичної прогресії завжди постійна:

а 2 - a 1 = а 3 - a 2 = . . . = a n +1 - a n = d.

Число d називають різницею арифметичної прогресії.

Щоб задати арифметичну прогресію, достатньо вказати її перший член та різницю.

Наприклад,

якщо a 1 = 3, d = 4 , то перші п'ять членів послідовності знаходимо так:

a 1 =3,

a 2 = a 1 + d = 3 + 4 = 7,

a 3 = a 2 + d= 7 + 4 = 11,

a 4 = a 3 + d= 11 + 4 = 15,

a 5 = a 4 + d= 15 + 4 = 19. ◄

Для арифметичної прогресії з першим членом a 1 і різницею d її n

a n = a 1 + (n- 1)d.

Наприклад,

знайдемо тридцятий член арифметичної прогресії

1, 4, 7, 10, . . .

a 1 =1, d = 3,

a 30 = a 1 + (30 - 1)d = 1 + 29· 3 = 88. ◄

a n-1 = a 1 + (n- 2)d,

a n= a 1 + (n- 1)d,

a n +1 = a 1 + nd,

то, очевидно,

a n=	a n-1 + a n+1
	2

кожен член арифметичної прогресії, починаючи з другого, дорівнює середньому арифметичному попереднього та наступного членів.

числа a, b і c є послідовними членами деякої арифметичної прогресії тоді і лише тоді, коли одне з них дорівнює середньому арифметичному двох інших.

Наприклад,

a n = 2n- 7 є арифметичною прогресією.

Скористаємося наведеним вище твердженням. Маємо:

a n = 2n- 7,

a n-1 = 2(n - 1) - 7 = 2n- 9,

a n+1 = 2(n+ 1) - 7 = 2n- 5.

Отже,

a n+1 + a n-1	=	2n- 5 + 2n- 9	= 2n- 7 = a n,
2		2

◄

Відмітимо, що n -й член арифметичної прогресії можна знайти не тільки через a 1 , але й будь-який попередній a k

a n = a k + (n- k)d.

Наприклад,

для a 5 можна записати

a 5 = a 1 + 4d,

a 5 = a 2 + 3d,

a 5 = a 3 + 2d,

a 5 = a 4 + d. ◄

a n = a n-k + kd,

a n = a n+k - kd,

то, очевидно,

a n=	a n-k + a n+k
	2

будь-який член арифметичної прогресії, починаючи з другого дорівнює напівсумі рівновіддалених від нього членів цієї арифметичної прогресії.

Крім того, для будь-якої арифметичної прогресії справедлива рівність:

a m + a n = a k + a l,

m+n=k+l.

Наприклад,

в арифметичній прогресії

1) a 10 = 28 = (25 + 31)/2 = (a 9 + a 11 )/2;

2) 28 = a 10 = a 3 + 7d= 7 + 7 · 3 = 7 + 21 = 28;

3) a 10= 28 = (19 + 37)/2 = (a 7 + a 13)/2;

4) a 2 + a 12 = a 5 + a 9, так як

a 2 + a 12= 4 + 34 = 38,

a 5 + a 9 = 13 + 25 = 38. ◄

S n= a 1 + a 2 + a 3 +. . .+ a n,

перших n членів арифметичної прогресії дорівнює добутку напівсуми крайніх доданків на кількість доданків:

Звідси, зокрема, випливає, що якщо потрібно підсумувати члени

a k, a k +1 , . . . , a n,

то попередня формула зберігає свою структуру:

Наприклад,

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

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

10 + 13 + 16 + 19 + 22 + 25 + 28 = S 10 - S 3 = (10 + 28 ) · (10 - 4 + 1)/2 = 133. ◄

Якщо дана арифметична прогресія, то величини a 1 , a n, d, nіS n пов'язані двома формулами:

Тому, якщо значення трьохз цих величин дано, то відповідні їм значення двох інших величин визначаються з цих формул, об'єднаних у систему двох рівнянь із двома невідомими.

Арифметична прогресія є монотонною послідовністю. При цьому:

• якщо d > 0 , вона є зростаючою;
• якщо d < 0 , то вона є спадною;
• якщо d = 0 , то послідовність буде стаціонарною.

Геометрична прогресія

Геометричною прогресією називається послідовність, кожен член якої, починаючи з другого, дорівнює попередньому, помноженому на те саме число.

b 1 , b 2 , b 3 , . . . , b n, . . .

є геометричною прогресією, якщо для будь-якого натурального числа n виконується умова:

b n +1 = b n · q,

де q ≠ 0 - Деяке число.

Таким чином, ставлення наступного члена даної геометричної прогресії до попереднього є постійним:

b 2 / b 1 = b 3 / b 2 = . . . = b n +1 / b n = q.

Число q називають знаменником геометричної прогресії.

Щоб задати геометричну прогресію, достатньо вказати її перший член та знаменник.

Наприклад,

якщо b 1 = 1, q = -3 , то перші п'ять членів послідовності знаходимо так:

b 1 = 1,

b 2 = b 1 · q = 1 · (-3) = -3,

b 3 = b 2 · q= -3 · (-3) = 9,

b 4 = b 3 · q= 9 · (-3) = -27,

b 5 = b 4 · q= -27 · (-3) = 81. ◄

b 1 та знаменником q її n -й член може бути знайдений за формулою:

b n = b 1 · q n -1 .

Наприклад,

знайдемо сьомий член геометричної прогресії 1, 2, 4, . . .

b 1 = 1, q = 2,

b 7 = b 1 · q 6 = 1 · 2 6 = 64. ◄

b n-1 = b 1 · q n -2 ,

b n = b 1 · q n -1 ,

b n +1 = b 1 · q n,

то, очевидно,

b n 2 = b n -1 · b n +1 ,

кожен член геометричної прогресії, починаючи з другого, дорівнює середньому геометричному (пропорційному) попереднього та наступного членів.

Оскільки правильне і зворотне твердження, має місце таке твердження:

числа a, b та c є послідовними членами деякої геометричної прогресії тоді і лише тоді, коли квадрат одного з них дорівнює творудвох інших, тобто одне із чисел є середнім геометричним двом іншим.

Наприклад,

доведемо, що послідовність, яка задається формулою b n= -3 · 2 n є геометричною прогресією. Скористаємося наведеним вище твердженням. Маємо:

b n= -3 · 2 n,

b n -1 = -3 · 2 n -1 ,

b n +1 = -3 · 2 n +1 .

Отже,

b n 2 = (-3 · 2 n) 2 = (-3 · 2 n -1 ) · (-3 · 2 n +1 ) = b n -1 · b n +1 ,

як і доводить необхідне твердження. ◄

Відмітимо, що n -й член геометричної прогресії можна знайти не тільки через b 1 , але й будь-який попередній член b k , для чого достатньо скористатися формулою

b n = b k · q n - k.

Наприклад,

для b 5 можна записати

b 5 = b 1 · q 4 ,

b 5 = b 2 · q 3,

b 5 = b 3 · q 2,

b 5 = b 4 · q. ◄

b n = b k · q n - k,

b n = b n - k · q k,

то, очевидно,

b n 2 = b n - k· b n + k

квадрат будь-якого члена геометричної прогресії, починаючи з другого дорівнює добутку рівновіддалених від нього членів цієї прогресії.

Крім того, для будь-якої геометричної прогресії справедлива рівність:

b m· b n= b k· b l,

m+ n= k+ l.

Наприклад,

у геометричній прогресії

1) b 6 2 = 32 2 = 1024 = 16 · 64 = b 5 · b 7 ;

2) 1024 = b 11 = b 6 · q 5 = 32 · 2 5 = 1024;

3) b 6 2 = 32 2 = 1024 = 8 · 128 = b 4 · b 8 ;

4) b 2 · b 7 = b 4 · b 5 , так як

b 2 · b 7 = 2 · 64 = 128,

b 4 · b 5 = 8 · 16 = 128. ◄

S n= b 1 + b 2 + b 3 + . . . + b n

перших n членів геометричної прогресії зі знаменником q ≠ 0 обчислюється за такою формулою:

А при q = 1 - за формулою

S n= nb 1

Зауважимо, що якщо потрібно підсумувати члени

b k, b k +1 , . . . , b n,

то використовується формула:

S n- S k -1 = b k + b k +1 + . . . + b n = b k ·	1 - q n - k +1	.
	1 - q

Наприклад,

у геометричній прогресії 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128, 256, 512, 1024, . . .

S 10 = 1 + 2 + . . . + 512 = 1 · (1 - 2 10) / (1 - 2) = 1023;

64 + 128 + 256 + 512 = S 10 - S 6 = 64 · (1 - 2 10-7+1) / (1 - 2) = 960. ◄

Якщо дана геометрична прогресія, то величини b 1 , b n, q, nі S n пов'язані двома формулами:

Тому, якщо значення якихось трьох із цих величин дано, то відповідні їм значення двох інших величин визначаються з цих формул, об'єднаних у систему двох рівнянь із двома невідомими.

Для геометричної прогресії з першим членом b 1 та знаменником q мають місце такі властивості монотонності :

• прогресія є зростаючою, якщо виконано одну з таких умов:

b 1 > 0 і q> 1;

b 1 < 0 і 0 < q< 1;

• прогресія є спадною, якщо виконано одну з наступних умов:

b 1 > 0 і 0 < q< 1;

b 1 < 0 і q> 1.

Якщо q< 0 , то геометрична прогресія є знакозмінною: її члени з непарними номерами мають той самий знак, що й перший член, а члени з парними номерами — протилежний йому знак. Зрозуміло, що знакозмінна геометрична прогресія не є монотонною.

Твір перших n членів геометричної прогресії можна розрахувати за такою формулою:

P n= b 1 · b 2 · b 3 · . . . · b n = (b 1 · b n) n / 2 .

Наприклад,

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

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

Нескінченна спадна геометрична прогресія

Нескінченно спадаючою геометричною прогресією називають нескінченну геометричну прогресію, модуль знаменника якої менший 1 , тобто

|q| < 1 .

Зауважимо, що нескінченно спадна геометрична прогресія може не бути спадною послідовністю. Це відповідає нагоді

1 < q< 0 .

При такому знаменнику послідовність знакозмінна. Наприклад,

1, - 1 / 2 , 1 / 4 , - 1 / 8 , . . . .

Сумою нескінченно спадної геометричної прогресії називають число, до якого необмежено наближається сума перших n членів прогресії при необмеженому зростанні числа n . Це число завжди звичайно і виражається формулою

S= b 1 + b 2 + b 3 + . . . =	b 1	.
	1 - q

Наприклад,

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 . ◄

Зв'язок арифметичної та геометричної прогресій

Арифметична та геометрична прогресії тісно пов'язані між собою. Розглянемо лише два приклади.

a 1 , a 2 , a 3 , . . . d , то

b a 1 , b a 2 , b a 3 , . . . b d .

Наприклад,

1, 3, 5, . . . - арифметична прогресія з різницею 2 і

7 1 , 7 3 , 7 5 , . . . - геометрична прогресія із знаменником 7 2 . ◄

b 1 , b 2 , b 3 , . . . - геометрична прогресія із знаменником q , то

log a b 1, log a b 2, log a b 3, . . . - арифметична прогресія з різницею log aq .

Наприклад,

2, 12, 72, . . . - геометрична прогресія із знаменником 6 і

lg 2, lg 12, lg 72, . . . - арифметична прогресія з різницею lg 6 . ◄

Інструкція

10, 30, 90, 270...

Потрібно знайти знаменник геометричної прогресії.
Рішення:

1 варіант. Візьмемо довільний член прогресії (наприклад, 90) та розділимо його на попередній (30): 90/30=3.

Якщо відома сума кількох членів геометричної прогресії або сума всіх членів спадної геометричної прогресії, то для знаходження знаменника прогресії скористайтеся відповідними формулами:
Sn = b1*(1-q^n)/(1-q), де Sn – сума n перших членів геометричної прогресії та
S = b1/(1-q), де S - сума нескінченно спадної геометричної прогресії (сума всіх членів прогресії зі знаменником меншим одиниці).
приклад.

Перший член спадної геометричної прогресії дорівнює одиниці, а сума всіх її членів дорівнює двом.

Потрібно визначити знаменник цієї прогресії.
Рішення:

Підставте дані із завдання у формулу. Вийде:
2=1/(1-q), звідки – q=1/2.

Прогресія є послідовністю чисел. У геометричній прогресії кожен наступний член виходить множенням попереднього на кілька q, зване знаменником прогресії.

Інструкція

Якщо відомо два сусідніх члени геометричної b(n+1) і b(n), щоб отримати знаменник, треба число з більшим розділити на попереднє: q=b(n+1)/b(n). Це випливає з визначення прогресії та її знаменника. Важливою умовоює нерівність нулю першого члена та знаменника прогресії, інакше вважається невизначеною.

Так, між членами прогресії встановлюються такі співвідношення: b2=b1 q, b3=b2 q, … b(n)=b(n-1) q. За формулою b(n)=b1 q^(n-1) може бути обчислений будь-який член геометричної прогресії, у якій відомий знаменник q і член b1. Також кожен із прогресії за модулем дорівнює середньому своїх сусідніх членів: |b(n)|=√, звідси прогресія і отримала своє .

Аналогом геометричної прогресії є найпростіша показова функція y=a^x, де x стоїть у показнику ступеня, a – деяке число. У цьому випадку знаменник прогресії збігається з першим членом дорівнює числу a. Під значенням функції y можна розуміти n-й членпрогресії, якщо аргумент x прийняти натуральне число n (лічильник).

Існує суми перших n членів геометричної прогресії: S(n)=b1 (1-q^n)/(1-q). Ця формуласправедлива за q≠1. Якщо q=1, то сума перших членів n обчислюється формулою S(n)=n b1. До речі, прогресія буде називатися зростаючою при більшому q одиниці і позитивному b1. При знаменнику прогресії, що за модулем не перевищує одиниці, прогресія називатиметься спадною.

Окремий випадокгеометричної прогресії - нескінченно спадна геометрична прогресія (б.у.г.п.). Справа в тому, що члени спадної геометричної прогресії щоразу зменшуватимуться, але ніколи не досягнуть нуля. Попри це можна знайти суму всіх членів такої прогресії. Вона визначається формулою S=b1/(1-q). Загальна кількістьчленів n нескінченно.

Щоб наочно уявити, як можна скласти нескінченну кількість чисел і не отримати при цьому нескінченність, випікайте торт. Відріжте половину цього. Потім відріжте 1/2 половини, і так далі. Шматочки, які у вас будуть виходити, являють собою не що інше, як члени геометричної прогресії, що нескінченно убуває, зі знаменником 1/2. Якщо скласти усі ці шматочки, ви отримаєте вихідний торт.

Завдання з геометрії – це особливий різновидвправ, що потребують просторового мислення. Якщо у вас не виходить вирішити геометричну завдання, спробуйте дотримуватися наведених нижче правил.

Інструкція

Прочитайте дуже уважно умову завдання, якщо щось не запам'ятали чи не зрозуміли, перечитайте ще раз.

Намагайтеся визначити, до якого виду геометричних завданьвона , так, наприклад: обчислювальні, коли потрібно дізнатися якусь величину, завдання на , що вимагають логічного ланцюжка міркувань, завдання на побудову за допомогою циркуля та лінійки. Ще завдання змішаного типу. Коли ви з'ясували тип завдання, постарайтеся логічно міркувати.

Застосуйте необхідну теорему для даної задачі, якщо є сумніви або взагалі відсутні варіанти, то постарайтеся згадати теорію, яку ви проходили по відповідній темі.

Оформіть рішення задачі також на чернетці. Спробуйте застосувати відомі способиперевірки вірності вашого рішення.

Оформіть розв'язання задачі акуратно в зошиті, без помарок і закреслень, а головне - .Можливо, на вирішення перших геометричних завдань піде сил і часу. Однак, як тільки ви освоїте цей процес - почнете клацати завдання по , як горішки, отримуючи від цього задоволення!

Геометрична прогресія - це така послідовність чисел b1, b2, b3, ... , b(n-1), b(n), що b2=b1*q, b3=b2*q, ... , b(n) =b(n-1)*q, b1≠0, q≠0. Іншими словами, кожен член прогресії виходить із попереднього множенням його на деякий ненульовий знаменник прогресії q.

Інструкція

Завдання на прогресії найчастіше вирішуються упорядкуванням і наступним системи щодо першого члена прогресії b1 і знаменника прогресії q. Для складання рівнянь корисно пам'ятати деякі формули.

Як виразити n-й член прогресії через перший член прогресії і знаменник прогресії: b (n) = b1 * q (n-1).

Розглянемо окремо випадок | q |<1. Если знаменатель прогрессии по модулю меньше единицы, имеем бесконечно убывающую геометрическую . Сумма первых n членов бесконечно убывающей геометрической прогрессии ищется так же, как и для неубывающей геометрической прогрессии. Однако в случае бесконечно убывающей геометрической прогрессии можно найти также сумму всех членов этой прогрессии, поскольку при бесконечном n будет бесконечно уменьшаться значение b(n), и сумма всех членов будет стремиться к определенному пределу. Итак, сумма всех членов бесконечно убывающей геометрической прогрессии

Розглянемо певний ряд.

7 28 112 448 1792...

Цілком ясно видно, що значення будь-якого його елемента більше попереднього рівно вчетверо. Отже, цей ряд є прогресією.

Геометричною прогресією називається нескінченна послідовність чисел, головною особливістю якої є те, що наступне число виходить з попереднього за допомогою множення на якесь певне число. Це виражається такою формулою.

a z +1 = a z ·q, де z – номер обраного елемента.

Відповідно, z ∈ N.

Період, коли у школі вивчається геометрична прогресія – 9 клас. Приклади допоможуть розібратися у понятті:

0.25 0.125 0.0625...

Виходячи з цієї формули, знаменник прогресії можна визначити таким чином:

Ні q, ні b z не можуть дорівнювати нулю. Так само кожен з елементів прогресії не повинен дорівнювати нулю.

Відповідно, щоб дізнатися таку кількість ряду, потрібно помножити останнє на q.

Щоб задати цю прогресію, необхідно вказати її перший елемент і знаменник. Після цього можливе перебування будь-якого з наступних членів та їх суми.

Різновиди

Залежно від q і a 1 дана прогресія поділяється на кілька видів:

• Якщо і a 1 і q більше одиниці, то така послідовність - зростаюча з кожним наступним елементом геометрична прогресія. Приклад такий представлений далі.

Приклад: a 1 =3, q=2 - обидва параметри більше одиниці.

Тоді числова послідовність може бути записана так:

3 6 12 24 48 ...

• Якщо |q| менше одиниці, тобто, множення на нього еквівалентне поділу, то прогресія з подібними умовами – спадна геометрична прогресія. Приклад такий представлений далі.

Приклад: a 1 =6, q=1/3 - a 1 більше одиниці, q - менше.

Тоді числову послідовність можна записати так:

6 2 2/3 ... - будь-який елемент більший за елемент, що йде за ним, у 3 рази.

• Знакозмінна. Якщо q<0, то знаки у чисел последовательности постоянно чередуются вне зависимости от a 1 , а элементы ни возрастают, ни убывают.

Приклад: a 1 = -3 , q = -2 - обидва параметри менше нуля.

Тоді числову послідовність можна записати так:

3, 6, -12, 24,...

Формули

Для зручного використання геометричних прогресій існує безліч формул:

• Формула z-го члена. Дозволяє розрахувати елемент, що стоїть під конкретним номером, без розрахунку попередніх чисел.

Приклад:q = 3, a 1 = 4. Потрібно порахувати четвертий елемент прогресії.

Рішення:a 4 = 4 · 3 4-1 = 4 · 3 3 = 4 · 27 = 108.

• Сума перших елементів, чия кількість дорівнює z. Дозволяє розрахувати суму всіх елементів послідовності доa zвключно.

Оскільки (1-q) стоїть у знаменнику, то (1 - q)≠ 0, отже, q не дорівнює 1.

Зауваження: якби q=1, то прогресія являла собою ряд з нескінченно повторюваного числа.

Сума геометричної прогресії, приклади:a 1 = 2, q= -2. Порахувати S 5 .

Рішення:S 5 = 22 – розрахунок за формулою.

• сума, якщо |q| < 1 и если z стремится к бесконечности.

Приклад:a 1 = 2 , q= 0.5. Знайти суму.

Рішення:S z = 2 · = 4

S z = 2 + 1 + 0.5 + 0.25 + 0.125 + 0.0625 = 3.9375 4

Деякі властивості:

• Характеристична властивість. Якщо наступна умова виконується для будь-когоz, то заданий числовий ряд - геометрична прогресія:

a z 2 = a z -1 · az+1

• Так само квадрат будь-якого числа геометричної прогресії знаходиться за допомогою додавання квадратів двох інших будь-яких чисел у заданому ряду, якщо вони рівновіддалені від цього елемента.

a z 2 = a z - t 2 + a z + t 2 , деt- Відстань між цими числами.

• Елементирізняться в qразів.
• Логарифми елементів прогресії так само утворюють прогресію, але вже арифметичну, тобто кожен з них більший за попередній на певне число.

Приклади деяких класичних завдань

Щоб краще зрозуміти, що таке геометрична прогресія, приклади із рішенням для 9 класу можуть допомогти.

• Умови:a 1 = 3, a 3 = 48. Знайтиq.

Рішення: кожен наступний елемент більший за попередній вq разів.Необхідно висловити одні елементи за допомогою знаменника через інші.

Отже,a 3 = q 2 · a 1

При підстановціq= 4

• Умови:a 2 = 6, a 3 = 12. Розрахувати S6.

Рішення:Для цього достатньо знайти q перший елемент і підставити в формулу.

a 3 = q· a 2 , отже,q= 2

a 2 = q · a 1 ,тому a 1 = 3

S 6 = 189

• · a 1 = 10, q= -2. Знайти четвертий елемент прогресії.

Рішення: для цього достатньо виразити четвертий елемент через перший і знаменник.

a 4 = q 3· a 1 = -80

Приклад застосування:

• Клієнт банку зробив внесок на суму 10000 рублів, за умовами якого щороку клієнту до основної суми додаватимуться 6% від неї. Скільки коштів буде на рахунку за 4 роки?

Рішення: Початкова сума дорівнює 10 тисяч рублів. Отже, через рік після вкладення на рахунку буде сума 10000 + 10000 · 0.06 = 10000 · 1.06

Відповідно, сума на рахунку ще через один рік виражатиметься таким чином:

(10000 · 1.06) · 0.06 + 10000 · 1.06 = 1.06 · 1.06 · 10000

Тобто з кожним роком сума збільшується у 1.06 разів. Отже, щоб знайти кількість коштів на рахунку через 4 роки, достатньо знайти четвертий елемент прогресії, яка задана першим елементом, що дорівнює 10 тисячам, і знаменником, що дорівнює 1.06.

S = 1.06 · 1.06 · 1.06 · 1.06 · 10000 = 12625

Приклади завдань на обчислення суми:

У різних завданнях використається геометрична прогресія. Приклад перебування суми може бути заданий так:

a 1 = 4, q= 2, розрахуватиS 5.

Рішення: всі необхідні для розрахунку дані відомі, потрібно просто підставити їх у формулу.

S 5 = 124

• a 2 = 6, a 3 = 18. Розрахувати суму перших шести елементів.

Рішення:

У геом. прогресії кожен наступний елемент більший за попередній у q разів, тобто для обчислення суми необхідно знати елементa 1 і знаменникq.

a 2 · q = a 3

q = 3

Аналогічно потрібно знайтиa 1 знаючиa 2 іq.

a 1 · q = a 2

a 1 =2

S 6 = 728.

ЧИСЛОВІ НАСЛІДКИ VI

§ l48. Сума нескінченно спадної геометричної прогресії

Досі, говорячи про суми, ми завжди припускали, що кількість доданків у цих сумах звичайно (наприклад, 2, 15, 1000 і т. д.). Але при вирішенні деяких завдань (особливо вищої математики) доводиться стикатися і з сумами нескінченної кількості доданків

S = a 1 + a 2 + ... + a n + ... . (1)

Що ж являють собою такі суми? За визначенням сумою нескінченного числа доданків a 1 , a 2 , ..., a n , ... називається межа суми S n перших п чисел, коли п -> ∞ :

S = S n = (a 1 + a 2 + ... + a n ). (2)

Межа (2), звісно, ​​може існувати, а може й не існувати. Відповідно до цього говорять, що сума (1) існує чи не існує.

Як з'ясувати, чи існує сума (1) у кожному конкретному випадку? Загальне вирішення цього питання виходить далеко за межі нашої програми. Однак існує один важливий окремий випадок, який ми маємо зараз розглянути. Йтиметься про підсумовування членів нескінченно спадної геометричної прогресії.

Нехай a 1 , a 1 q , a 1 q 2 , ...- нескінченно спадна геометрична прогресія. Це означає, що | q |< 1. Сумма первых п членів цієї прогресії дорівнює

З основних теорем про межі змінних величин (див. § 136) отримуємо:

Але 1 = 1, a q n = 0. Тому

Отже, сума нескінченно спадної геометричної прогресії дорівнює першому члену цієї прогресті, поділеному на одиницю мінус знаменник цієї прогресії.

1) Сума геометричної прогресії 1, 1/3, 1/9, 1/27, ... дорівнює

а сума геометричної прогресії 12; -6; 3; - 3 / 2 , ... дорівнює

2) Простий періодичний дріб 0,454545... звернути у звичайний.

Для вирішення цього завдання представимо цей дріб у вигляді нескінченної суми:

Права частина цієї рівності є сумою нескінченно спадної геометричної прогресії, перший член якої дорівнює 45/100, а знаменник 1/100. Тому

Описаним способом може бути отримано і загальне правило звернення простих періодичних дробів у прості (див. гл. II, § 38):

Для обігу простого періодичного дробу до звичайного потрібно вчинити так: у чисельнику поставити період десяткового дробу, а знаменнику - число, що складається з дев'яток, взятих стільки разів, скільки знаків у періоді десяткового дробу.

3) Змішаний періодичний дріб 0,58333.... звернути у звичайний.

Представимо цей дріб у вигляді нескінченної суми:

У правій частині цієї рівності всі складові, починаючи з 3/1000, утворюють нескінченно спадаючу геометричну прогресію, перший член якої дорівнює 3/1000, а знаменник 1/10. Тому

Описаним способом може бути отримано і загальне правило обігу змішаних періодичних дробів у прості (див. гл. II, § 38). Ми свідомо не наводимо його тут. Запам'ятовувати це громіздке правило не потрібно. Набагато корисніше знати, що будь-який змішаний періодичний дріб можна представити у вигляді суми нескінченно спадної геометричної прогресії та деякого числа. А формулу

для суми нескінченно спадної геометричної прогресії потрібно, звичайно, пам'ятати.

Як вправу пропонуємо вам, крім наведених нижче завдань № 995-1000, ще раз звернутися до задачі № 301 § 38 .

Вправи

995. Що називається сумою нескінченно спадної геометричної прогресії?

996. Знайти суми нескінченно спадних геометричних прогресій:

997. При яких значеннях х прогресія

є нескінченно спадаючою? Знайти суму такої прогресії.

998. У рівносторонній трикутник зі стороною а вписаний за допомогою з'єднання середин його сторін новий трикутник; у цей трикутник тим самим способом вписаний новий трикутник і так далі до нескінченності.

а) суму периметрів усіх цих трикутників;

б) суму їх площ.

999. У квадрат зі стороною а вписаний шляхом з'єднання середин його сторін новий квадрат; у цей квадрат так само вписаний квадрат і так далі до нескінченності. Знайти суму периметрів усіх цих квадратів та суму їх площ.

1000. Скласти нескінченно спадаючу геометричну прогресію, таку, щоб сума її дорівнювала 25/4, а сума квадратів її членів дорівнювала 625/24.