Чому дорівнює сума нескінченно спадної геометричної прогресії. Геометрична прогресія - гіпермаркет знань. Визначення прогресії геометричної

Геометричною прогресієюназивається послідовність чисел, у якій кожен член (починаючи з другого) виходить із попереднього шляхом множення його на одного й того ж числа q ≠ 0. Число q називають знаменникомгеометричної прогресії. Щоб задати геометричну прогресію, потрібно задати її перший член a 1 і знаменник q.

Геометрична прогресія зростає при q > 1, зменшується при 0< q < 1.

Приклади геометричних прогресій:

1. 2, 4, 8, 16… . Тут перший член дорівнює 1, а знаменник дорівнює 2.

81, 27, 9, 3, 1, 1/3… . Тут перший член дорівнює 81, а знаменник дорівнює 1/3.

Отже, перший член прогресії дорівнює a 1 , другий - a 1 q, третій a 1 q * q = a 1 q 2 четвертий a 1 q 2 * q = a 1 q 3 …. Таким чином, n-й член прогресії обчислюється за такою формулою a n = a 1 q n-1 .

Твердження: Сума n членів геометричної прогресії обчислюється за формулою

S n = a 1 +a 1 q+a 1 q 2 +a 1 q 3 +...+a 1 q n-1.

Помножимо на, отримаємо:

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

Тепер віднімемо S n q із S n .

Приклади задач на геометричну прогресію.

1. Знайдіть суму перших 10 членів геометричної прогресії, якщо відомо, що a 1 = 3, q ​​= 4.

2. За одну хвилину біомаса збільшується у 2 рази. Яка вага вона матиме через 5 хвилин, якщо зараз її вага 3 кг.

Ми маємо справу з геометричною прогресією, яка має a 1 = 3, а q = 2 Щоб вирішити задачу, нам потрібно знайти шостий член цієї прогресії.

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 нескінченного числа 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 кажуть, 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.

Отже, сядемо і почнемо писати якісь числа. Наприклад:

Писати можна будь-які числа, і може бути скільки завгодно (у разі їх). Скільки б чисел ми не написали, ми завжди можемо сказати, яке з них перше, яке друге і так далі до останнього, тобто можемо їх пронумерувати. Це і є приклад числової послідовності:

Числова послідовність- Це безліч чисел, кожному з яких можна присвоїти унікальний номер.

Наприклад, для нашої послідовності:

Присвоєний номер характерний лише однієї числа послідовності. Іншими словами, у послідовності немає трьох других чисел. Друге число (як і число) завжди одне.

Число з номером називається м'яним членом послідовності.

Всю послідовність ми зазвичай називаємо якоюсь літерою (наприклад,), і кожен член цієї послідовності – тією ж літерою з індексом, що дорівнює номеру цього члена: .

У нашому випадку:

Найпоширеніші види прогресії це арифметична та геометрична. У цій темі ми поговоримо про другий вид геометричній прогресії.

Навіщо потрібна геометрична прогресія та її історія виникнення.

Ще в давнину італійський математик монах Леонардо з Пізи (відоміший під ім'ям Фібоначчі) займався вирішенням практичних потреб торгівлі. Перед ченцем стояло завдання визначити, за допомогою якої найменшої кількості гир можна зважити товар? У своїх працях Фібоначчі доводить, що оптимальною є така система гир: Це одна з перших ситуацій, в якій людям довелося зіткнутися з геометричною прогресією, про яку ти напевно чув і маєш хоча б загальне поняття. Як тільки повністю розберешся в темі, подумай, чому така система оптимальна?

В даний час, у життєвій практиці, геометрична прогресія проявляється при вкладенні коштів у банк, коли сума відсотків нараховується на суму, що накопичилася на рахунку за попередній період. Іншими словами, якщо покласти гроші на терміновий внесок у ощадний банк, то через рік вклад збільшиться від вихідної суми, тобто. нова сума дорівнюватиме вкладу, помноженому на. Ще за рік вже ця сума збільшиться, тобто. сума, що вийшла в той раз, знову помножиться на і так далі. Подібна ситуація описана у завданнях на обчислення так званих складних відсотків- Відсоток береться щоразу від суми, яка є на рахунку з урахуванням попередніх відсотків. Про ці завдання ми поговоримо трохи згодом.

Є ще багато простих випадків, де застосовується геометрична прогресія. Наприклад, поширення грипу: одна людина заразила людина, ті у свою чергу заразили ще по людину, і таким чином друга хвиля зараження – людина, а ті у свою чергу заразили ще… і так далі…

До речі, фінансова піраміда, та сама МММ – це простий і сухий розрахунок за властивостями геометричної прогресії. Цікаво? Давай розбиратись.

Геометрична прогресія.

Допустимо, у нас є числова послідовність:

Ти відразу ж відповиш, що це легко та ім'я такої послідовності – з різницею її членів. А як щодо такого:

Якщо ти будеш віднімати з наступного числа попереднє, то ти побачиш, що кожного разу виходить нова різниця (і т.д.), але послідовність безперечно існує і її нескладно помітити – кожне наступне число в рази більше за попереднє!

Такий вид числової послідовності називається геометричною прогресієюта позначається.

Геометрична прогресія ( ) - це числова послідовність, перший член якої відмінний від нуля, а кожен член, починаючи з другого, дорівнює попередньому, помноженому на те саме число . Це число називають знаменником геометричної прогресії.

Обмеження, що член ( ) не дорівнює і випадкові. Припустимо, що їх немає, і перший член все ж таки дорівнює, а q рівно, хм.. нехай, тоді виходить:

Погодься, що це вже не прогресія.

Як ти розумієш, ті самі результати ми отримаємо, якщо буде будь-яким числом, відмінним від нуля, а. У цих випадках прогресії просто не буде, тому що весь числовий ряд будуть або всі нулі або одне число, а всі інші нулі.

Тепер поговоримо докладніше про знаменника геометричної прогресії, тобто о.

Повторимо: – це число, у скільки разів змінюється кожен наступний членгеометричної прогресії.

Як ти гадаєш, яким може бути? Правильно, позитивним та негативним, але не нулем (ми говорили про це трохи вище).

Припустимо, що ми маємо позитивне. Нехай у нашому випадку, а. Чому дорівнює другий член і? Ти легко відповиш, що:

Все вірно. Відповідно, якщо всі наступні члени прогресії мають однаковий знак - вони позитивні.

А якщо негативне? Наприклад, а. Чому дорівнює другий член і?

Це вже зовсім інша історія

Спробуй порахувати член цієї прогресії. Скільки у тебе вийшло? У мене. Таким чином, якщо знаки членів геометричної прогресії чергуються. Тобто, якщо ти побачиш прогресію, з знаками, що чергуються у її членів, значить її знаменник на негативний. Це знання може допомогти тобі перевіряти себе під час вирішення завдань на цю тему.

Тепер трохи потренуємося: спробуй визначити, які числові послідовності є геометричною прогресією, а які арифметичною:

Розібрався? Порівняємо наші відповіді:

• Геометрична прогресія – 3, 6.
• Арифметична прогресія – 2, 4.
• Не є ні арифметичною, ні геометричною прогресією – 1, 5, 7.

Повернемося до нашої останньої прогресії, а спробуємо так само як і в арифметичній знайти її член. Як ти вже здогадуєшся, є два способи його знаходження.

Послідовно множимо кожен член.

Отже, -ой член описаної геометричної прогресії дорівнює.

Як ти вже здогадуєшся, зараз ти сам виведеш формулу, яка допоможе тобі знайти будь-який член геометричної прогресії. Або ти її вже вивів для себе, розписуючи, як поетапно знаходити член? Якщо так, то перевір правильність твоїх міркувань.

Проілюструємо це з прикладу знаходження -го члена даної прогресії:

Іншими словами:

Знайди самостійно значення члена заданої геометричної прогресії.

Вийшло? Порівняємо наші відповіді:

Зверніть увагу, що в тебе вийшло таке ж число, як і в попередньому способі, коли ми послідовно множили на кожен попередній член геометричної прогресії.
Спробуємо «знеособити» цю формулу – наведемо її у загальний вигляд і отримаємо:

Виведена формула правильна всім значень - як позитивних, і негативних. Перевір це самостійно, розрахувавши члени геометричної прогресії з такими умовами: , а.

Порахував? Порівняємо отримані результати:

Погодься, що знаходити член прогресії можна було б так само як і член, проте є ймовірність неправильно порахувати. А якщо ми знайшли вже член геометричної прогресії, то що може бути простіше, ніж скористатися «обрізаною» частиною формули.

Нескінченна спадна геометрична прогресія.

Зовсім недавно ми говорили про те, що може бути як більше, так і менше нуля, однак є особливі значення при яких геометрична прогресія називається нескінченно спадаючою.

Як ти вважаєш, чому така назва?
Для початку запишемо якусь геометричну прогресію, що складається з членів.
Допустимо, а, тоді:

Ми бачимо, що кожен наступний член менший за попередній у рази, але чи буде якесь число? Ти одразу відповиш – «ні». Ось тому і нескінченно спадаюча – зменшується, зменшується, а банкрутом ніколи не стає.

Щоб чітко зрозуміти, як це виглядає візуально, спробуємо намалювати графік нашої прогресії. Отже, для нашого випадку формула набуває наступного вигляду:

На графіках нам звично будувати залежність від, тому:

Суть висловлювання не змінилася: у першому записі в нас була показана залежність значення члена геометричної прогресії від його порядкового номера, а у другому записі – ми просто набули значення члена геометричної прогресії за, а порядковий номер позначили не як, а як. Все, що залишилося зробити, – побудувати графік.
Побачимо, що в тебе вийшло. Ось який графік вийшов у мене:

Бачиш? Функція зменшується, прагне до нуля, але ніколи його не перетне, тому вона нескінченно спадає. Зазначимо на графіку наші точки, а заразом і те, що означає координата і:

Спробуй схематично зобразити графік геометричної прогресії, якщо перший її член також дорівнює. Проаналізуй, у чому різниця з нашим попереднім графіком?

Впорався? Ось який графік вийшов у мене:

Тепер, коли ти повністю розібрався в основах теми геометричної прогресії: знаєш, що це таке, знаєш, як знайти її член, а також знаєш, що таке геометрична прогресія, що нескінченно убуває, перейдемо до її основної властивості.

Властивість геометричної прогресії.

Пам'ятаєш властивість членів арифметичної прогресії? Так, так, як визначити значення певної кількості прогресії, коли є попереднє і наступне значення членів цієї прогресії. Згадав? Ось це:

Тепер перед нами стоїть таке саме питання для членів геометричної прогресії. Щоб вивести подібну формулу, давай почнемо малювати та міркувати. Ось побачиш, це дуже легко, і якщо ти забудеш, зможеш вивести її самостійно.

Візьмемо ще одну просту геометричну прогресію, в якій нам відомі та. Як знайти? За арифметичної прогресії це легко і просто, а як тут? Насправді в геометричній теж немає нічого складного – необхідно просто розписати за формулою кожне дане нам значення.

Ти спитаєш, і що тепер нам із цим робити? Так, дуже просто. Для початку зобразимо дані формули малюнку, і спробуємо зробити із нею різні маніпуляції, щоб дійти значення.

Абстрагуємося від чисел, які ми маємо, зосередимося лише з їхньому вираженні через формулу. Нам необхідно знайти значення, виділене помаранчевим кольором, знаючи сусідні з ним члени. Спробуємо зробити з ними різні дії, у яких ми зможемо отримати.

Додавання.
Спробуємо скласти два вирази і ми отримаємо:

З цього виразу, як ти бачиш, ми ніяк не зможемо висловити, отже, пробуватимемо інший варіант - віднімання.

Віднімання.

Як ти бачиш, з цього ми теж не можемо висловити, отже спробуємо помножити дані вирази один на одного.

множення.

А тепер подивися уважно, що ми маємо, перемножуючи дані нам члени геометричної прогресії порівняно з тим, що необхідно знайти:

Здогадався про що я говорю? Правильно, щоб знайти нам необхідно взяти квадратний корінь від перемножених один на одного сусідніх з чисел геометричної прогресії:

Ну ось. Ти сам вивів властивість геометричної прогресії. Спробуй записати цю формулу у загальному вигляді. Вийшло?

Забув умову за? Подумай, чому воно важливо, наприклад, спробуй самостійно прорахувати, коли. Що вийде у цьому випадку? Правильно, повна дурість оскільки формула виглядає так:

Відповідно, не забувай це обмеження.

Тепер порахуємо, чому ж одно

Правильну відповідь - ! Якщо ти при розрахунку не забув друге можливе значення, то ти великий молодець і одразу можеш переходити до тренування, а якщо забув – прочитай те, що розібрано далі та зверни увагу, чому у відповіді необхідно записувати обидва корені.

Намалюємо обидві наші геометричні прогресії – одну зі значенням, а іншу зі значенням і перевіримо, чи мають обидві право на існування:

Щоб перевірити, чи існує така геометрична прогресія чи ні, необхідно подивитися, чи однакове між усіма її заданими членами? Розрахуй q для першого та другого випадку.

Бачиш, чому ми маємо писати дві відповіді? Тому що знак у члена, що шукається, залежить від того, який – позитивний чи негативний! Оскільки ми не знаємо, який він, нам необхідно писати обидві відповіді і з плюсом, і з мінусом.

Тепер, коли ти засвоїв основні моменти та вивів формулу на властивість геометричної прогресії, знайди, знаючи та

Порівняй отримані відповіді з правильними:

Як ти думаєш, а якби нам були дані не сусідні з шуканим числом значення членів геометричної прогресії, а віддалені від нього. Наприклад, нам необхідно знайти, а дані і. Чи можемо ми використовувати виведену нами формулу? Спробуй так само підтвердити або спростувати цю можливість, розписуючи з чого складається кожне значення, як ти робив, виводячи спочатку формулу, при.
Що в тебе вийшло?

Тепер знову поглянь уважно.
і відповідно:

З цього ми можемо зробити висновок, що формула працює не тільки при сусідніхз шуканими членами геометричної прогресії, але й рівновіддаленимивід шуканого членами.

Таким чином, наша первісна формула набуває вигляду:

Тобто, якщо в першому випадку ми говорили, що, то зараз ми говоримо, що може дорівнювати будь-якому натуральному числу, яке менше. Головне, щоб був однаковим для обох заданих чисел.

Потренуйся на конкретних прикладах, тільки будь дуже уважний!

1. , . Знайти.
2. , . Знайти.
3. , . Знайти.

Вирішив? Сподіваюся, ти був дуже уважний і помітив невелику каверзу.

Порівнюємо результати.

У перших двох випадках ми спокійно застосовуємо вищеописану формулу та отримуємо наступні значення:

У третьому випадку при уважному розгляді порядкових номерів даних нам чисел, ми розуміємо, що вони не віддалені від шуканого нами числа: є попереднім числом, а видалена на позиції, таким чином застосувати формулу не надається можливим.

Як її вирішувати? Насправді, це не так складно, як здається! Давай з тобою розпишемо, з чого складається кожне дане нам і шукане число.

Отже, у нас є в. Побачимо, що з ними можна зробити? Пропоную поділити на. Отримуємо:

Підставляємо у формулу наші дані:

Наступним кроком ми можемо знайти – для цього нам необхідно взяти кубічний корінь із отриманого числа.

А тепер дивимося ще раз, що у нас є. У нас є, а знайти нам необхідно, а він, у свою чергу, дорівнює:

Усі необхідні дані для підрахунку ми знайшли. Підставляємо у формулу:

Наша відповідь: .

Спробуй вирішити ще одне таке завдання самостійно:
Дано: ,
Знайти:

Скільки у тебе вийшло? У мене - .

Як ти бачиш, по суті, тобі потрібно запам'ятати лише одну формулу- . Всі інші ти без будь-якої праці можеш вивести самостійно будь-якої миті. Для цього просто напиши на листку найпростішу геометричну прогресію і розпиши, чому згідно з вищеописаною формулою дорівнює кожне її число.

Сума членів геометричної прогресії.

Тепер розглянемо формули, які дозволяють швидко порахувати суму членів геометричної прогресії в заданому проміжку:

Щоб вивести формулу суми членів кінцевої геометричної прогресії, помножимо всі частини вищого рівняння. Отримаємо:

Подивися уважно: що спільного в останніх двох формулах? Правильно, спільні члени, наприклад, і так далі, крім першого та останнього члена. Давай спробуємо відняти з 2-го рівняння перше. Що в тебе вийшло?

Тепер вирази через формулу члена геометричної прогресії і підстави отриманий вираз у нашу останню формулу:

Згрупуй вираз. У тебе має вийти:

Все, що залишилося зробити – висловити:

Відповідно, у цьому випадку.

А що якщо? Яка формула працює тоді? Уяви собі геометричну прогресію при. Що вона собою являє? Правильно ряд однакових чисел, відповідно формула виглядатиме так:

Як і з арифметичної, і по геометричній прогресії існує безліч легенд. Одна з них – легенда про Сет, творця шахів.

Багато хто знає, що шахова гра була придумана в Індії. Коли індуський цар познайомився з нею, він був захоплений її дотепністю та різноманітністю можливих у ній положень. Дізнавшись, що вона винайдена одним із його підданих, цар вирішив особисто нагородити його. Він викликав винахідника до себе і наказав просити у нього все, що він забажає, пообіцявши виконати навіть найвправніше бажання.

Сета попросив час на роздуми, а коли другого дня Сета з'явився до царя, він здивував царя безприкладною скромністю свого прохання. Він попросив видати за першу клітку шахівниці пшеничне зерно, за другу пшеничні зерна, за третю, за четверту і т.д.

Цар розгнівався і прогнав Сета, сказавши, що прохання слуги недостойне царської щедрості, але пообіцяв, що слуга отримає свої зерна за всі клітини дошки.

А тепер питання: використовуючи формулу суми членів геометричної прогресії, вважай, скільки зерен має отримати Сета?

Почнемо міркувати. Оскільки за умовою за першу клітинку шахівниці Сета попросив пшеничне зерно, за другу, за третю, за четверту і т.д., то ми бачимо, що в задачі йдеться про геометричну прогресію. Чому одно в цьому випадку?
Правильно.

Усього клітин шахівниці. Відповідно, . Всі дані у нас є, залишилося лише підставити у формулу та порахувати.

Щоб уявити хоча б приблизно «масштаби» даного числа, перетворюємо, використовуючи властивості ступеня:

Звичайно, якщо ти хочеш, то можеш взяти калькулятор і порахувати, що за число в результаті в тебе вийде, а якщо ні, доведеться повірити мені на слово: підсумковим значенням виразу буде.
Тобто:

квінтильйонів квадрильйонів трильйона мільярда мільйонів тисяч.

Фух) Якщо хочете уявити собі величезність цього числа, то прикиньте, якої величини комору знадобився б для вміщення всієї кількості зерна.
При висоті комори м і шириною м довжина його мала б простягатися на км, - тобто. удвічі далі, ніж від Землі до Сонця.

Якби цар був би сильний у математиці, то він міг би запропонувати самому вченому відраховувати зерна, адже щоб відрахувати мільйон зерен, йому знадобилося б не менше доби невпинного рахунку, а враховуючи, що необхідно відрахувати квінтильйонів, зерна довелося б відраховувати все життя.

А тепер вирішимо просте завдання на суму членів геометричної прогресії.
Учень 5 А класу Вася, захворів на грип, але продовжує ходити до школи. Щодня Вася заражає двох людей, які, своєю чергою, заражають ще двох і так далі. Загалом у класі людина. Через скільки днів на грип хворітиме весь клас?

Отже, перший член геометричної прогресії – це Вася, тобто людина. -ой член геометричної прогресії, це ті дві людини, яких він заразив у перший день свого приходу. Загальна сума членів прогресії дорівнює кількості учнів 5А. Відповідно, ми говоримо про прогресію, в якій:

Підставимо наші дані у формулу суми членів геометричної прогресії:

Весь клас занедужає за дні. Не віриш формулам та числам? Спробуй зобразити зараження учнів самостійно. Вийшло? Дивись, як це виглядає у мене:

Порахуй самостійно, за скільки днів учні захворіли б на грип, якби кожен заражав по людині, а в класі навчалася людина.

Яке значення в тебе вийшло? У мене вийшло, що всі почали хворіти через день.

Як ти бачиш, подібне завдання та малюнок до неї нагадує піраміду, в якій кожен наступний «наводить» нових людей. Однак рано чи пізно настає такий момент, коли останні не можуть нікого залучити. У нашому випадку, якщо уявити, що клас ізольований, людина замикає ланцюжок (). Таким чином, якби люди були залучені до фінансової піраміди, в якій гроші давалися у випадку, якщо ти приведеш двох інших учасників, то людина (або в загальному випадку) не привели б нікого, відповідно, втратили б усе, що вклали в цю фінансову аферу.

Все, що було сказано вище, відноситься до спадної або зростаючої геометричної прогресії, але, як ти пам'ятаєш, у нас є особливий вид - геометрична прогресія, що нескінченно убуває. Як же рахувати суму її членів? І чому цей вид прогресії має певні особливості? Давай розбиратись разом.

Отже, для початку подивимося ще раз на цей малюнок нескінченно спадної геометричної прогресії з нашого прикладу:

А тепер подивимося на формулу суми геометричної прогресії, виведену трохи раніше:
або

Чого в нас прагне? Правильно, на графіку видно, що воно прагне нуля. Тобто при майже рівному, відповідно, при обчисленні виразу ми отримаємо майже. У зв'язку з цим, ми вважаємо, що при підрахунку суми нескінченно спадної геометричної прогресії, даної дужкою можна знехтувати, оскільки вона дорівнюватиме.

- формула - сума членів нескінченно спадної геометричної прогресії.

ВАЖЛИВО!Формулу суми членів нескінченно спадної геометричної прогресії ми використовуємо тільки в тому випадку, якщо в умові в явному вигляді зазначено, що потрібно знайти суму нескінченногочисла членів.

Якщо зазначено конкретне число n, то користуємося формулою суми n членів, навіть якщо.

А тепер потренуємось.

1. Знайди суму перших членів геометричної прогресії з в.
2. Знайди суму членів нескінченно спадної геометричної прогресії з в.

Сподіваюся, ти був дуже уважний. Порівняємо наші відповіді:

Тепер ти знаєш про геометричну прогресію все, і настав час переходити від теорії до практики. Найпоширеніші завдання на геометричну прогресію, що зустрічаються на іспиті – це завдання на обчислення складних відсотків. Саме про них і йтиметься.

Завдання на обчислення складних процентів.

Ти, напевно, чув про так звану формулу складних відсотків. Чи ти розумієш, що вона означає? Якщо ні, давай розбиратися, тому що усвідомивши сам процес, ти одразу зрозумієш, причому тут геометрична прогресія.

Всі ми ходимо в банк і знаємо, що існують різні умови по вкладах: це і термін, і додаткове обслуговування, і відсоток із двома різними способами його нарахування – простим та складним.

З простими відсоткамивсе більш менш зрозуміло: відсотки нараховуються один раз наприкінці терміну вкладу. Тобто, якщо ми говоримо про те, що ми кладемо 100 рублів на рік під, то зарахуються лише наприкінці року. Відповідно, до закінчення вкладу ми отримаємо карбованців.

Складні відсотки- це такий варіант, за якого відбувається капіталізація відсотків, тобто. їх зарахування до суми вкладу та подальший розрахунок доходу немає від початкової, як від накопиченої суми вкладу. Капіталізація відбувається який завжди, і з деякою періодичністю. Як правило, такі періоди рівні і найчастіше банки використовують місяць, квартал чи рік.

Припустимо, що ми кладемо ті самі рублі по річних, але з щомісячною капіталізацією вкладу. Що в нас виходить?

Чи все тобі тут зрозуміло? Якщо ні, то давай розбиратися поетапно.

Ми принесли до банку карбованців. До кінця місяця у нас на рахунку має з'явитися сума, що складається з наших рублів плюс відсотків за ними, тобто:

Згоден?

Ми можемо винести за дужку, і тоді ми отримаємо:

Погодься, ця формула вже більше схожа на написану нами на початку. Залишилося розібратися з відсотками

За умови завдання нам сказано про річних. Як ти знаєш, ми не множимо на – ми переводимо відсотки у десяткові дроби, тобто:

Правильно? Зараз ти спитаєш, а звідки взялося число? Дуже просто!
Повторюся: за умови завдання сказано про РІЧНІвідсотки, нарахування яких відбувається Щомісячно. Як ти знаєш, у році місяців, відповідно, банк нараховуватиме нам на місяць частину від річних відсотків:

Зрозумів? А тепер спробуй написати, як виглядатиме ця частина формули, якщо я скажу, що відсотки нараховуються щодня.
Впорався? Давай порівняємо результати:

Молодець! Повернемося до нашого завдання: напиши скільки буде нараховано на наш рахунок на другий місяць, з урахуванням, що відсотки нараховуються на накопичену суму вкладу.
Ось що вийшло у мене:

Або, іншими словами:

Я думаю, що ти вже помітив закономірність і побачив у цьому геометричну прогресію. Напиши, чому дорівнюватиме її член, або, іншими словами, яку суму коштів ми отримаємо наприкінці місяця.
Зробив? Перевіряємо!

Як ти бачиш, якщо ти кладеш гроші в банк на рік під простий відсоток, то ти отримаєш карбованців, а якщо під складний – карбованців. Вигода невелика, але так відбувається тільки протягом року, а ось на більш тривалий період капіталізація набагато вигідніша:

Розглянемо ще один тип завдань на складні відсотки. Після того, в чому ти розібрався, це буде для тебе просто. Отже, завдання:

Компанія «Зірка» почала інвестувати у галузь 2000 року, маючи капітал доларів. Щороку, починаючи з 2001 року, вона отримує прибуток, який складає від капіталу попереднього року. Скільки прибутку отримає компанія «Зірка» після закінчення 2003 року, якщо прибуток з обороту не вилучався?

Капітал компанії «Зірка» у 2000 році.
- капітал компанії «Зірка» у 2001 році.
- капітал компанії «Зірка» у 2002 році.
- капітал компанії «Зірка» у 2003 році.

Або ми можемо написати коротко:

Для нашого випадку:

2000 рік, 2001 рік, 2002 рік та 2003 рік.

Відповідно:
рублів
Зауваж, у цьому задачі ми не маємо поділу ні на, ні на, тому що відсоток дано ЩОРІЧНИЙ і нараховується він ЩОРІЧНО. Тобто, читаючи завдання на складні відсотки, зверни увагу, який відсоток дано, і в який період він нараховується, і лише потім приступай до обчислень.
Тепер ти знаєш про геометричну прогресію все.

Тренування.

1. Знайдіть член геометричної прогресії, якщо відомо, що,
2. Знайдіть суму перших членів геометричної прогресії, якщо відомо, що, а
3. Компанія «МДМ Капітал» почала інвестувати у галузь 2003 року, маючи капітал доларів. Щороку, починаючи з 2004 року, вона отримує прибуток, який складає від капіталу попереднього року. Компанія «МСК Грошові потоки» стала інвестувати в галузь 2005 року у розмірі 10000 доларів, починаючи отримувати прибуток з 2006 року у розмірі. На скільки доларів капітал однієї компанії більше за іншу після закінчення 2007 року, якщо прибуток з обороту не вилучався?

Відповіді:

1. Так як за умови завдання не сказано, що прогресія нескінченна і потрібно знайти суму конкретної кількості її членів, то розрахунок йде за формулою:
2. 
   Компанія «МДМ Капітал»:

   2003, 2004, 2005, 2006, 2007 року.
   - Збільшується на 100%, тобто у 2 рази.
   Відповідно:
   рублів
   Компанія «МСК Грошові потоки»:

   2005, 2006, 2007 року.
   - Збільшується на, тобто в рази.
   Відповідно:
   рублів
   рублів

Підведемо підсумки.

1) Геометрична прогресія ( ) - це числова послідовність, перший член якої відмінний від нуля, а кожен член, починаючи з другого, дорівнює попередньому, помноженому на те саме число. Це число називають знаменником геометричної прогресії.

2) Рівняння членів геометричної прогресії - .

3) може набувати будь-яких значень, крім і.

• якщо всі наступні члени прогресії мають однаковий знак - вони позитивні;
• якщо, то всі наступні члени прогресії чергують знаки;
• при - прогресія називається нескінченно спадаючою.

4) , при – властивість геометричної прогресії (сусідні члени)

або
, при (рівновіддалені члени)

При знаходженні не варто забувати про те, що відповіді має бути дві.

Наприклад,

5) Сума членів геометричної прогресії обчислюється за такою формулою:
або

або

ВАЖЛИВО!Формулу суми членів нескінченно спадаючою геометричної прогресії ми використовуємо лише тому випадку, якщо в умові явно зазначено, що необхідно знайти суму нескінченного числа членів.

6) Завдання на складні відсотки також обчислюються за формулою члена геометричної прогресії, за умови, що кошти з обороту не вилучалися:

ГЕОМЕТРИЧНА ПРОГРЕСІЯ. КОРОТКО ПРО ГОЛОВНЕ

Геометрична прогресія( ) - це числова послідовність, перший член якої відмінний від нуля, а кожен член, починаючи з другого, дорівнює попередньому, помноженому на те саме число. Це число називають знаменником геометричної прогресії.

Знаменник геометричної прогресіїможе приймати будь-які значення, крім в.

• Якщо, всі наступні члени прогресії мають однаковий знак – вони позитивні ;
• якщо, то наступні члени прогресії чергують знаки;
• при - прогресія називається нескінченно спадаючою.

Рівняння членів геометричної прогресії - .

Сума членів геометричної прогресіїобчислюється за такою формулою:
або

Якщо прогресія є нескінченно спадною, то:

Стати учнем YouClever,

Підготуватися до ОДЕ або ЄДІ з математики,

А також отримати доступ до підручника YouClever без обмежень.

Наприклад, Послідовність \ (3 \); \ (6 \); \ (12 \); (24); \(48\)… є геометричною прогресією, тому що кожен наступний елемент відрізняється від попереднього вдвічі (інакше кажучи, може бути отриманий з попереднього множенням його на два):

Як і будь-яку послідовність, геометричну прогресію позначають маленькою латинською літерою. Числа, що утворюють прогресію, називають її членами(або елементами). Їх позначають тією самою літерою, як і геометричну прогресію, але з числовим індексом, рівним номеру елемента в порядку.

Наприклад, геометрична прогресія (b_n = \ (3; 6; 12; 24; 48 ... \) \) складається з елементів \ (b_1 = 3 \); \ (b_2 = 6 \); \ (b_3 = 12 \) і так далі. Іншими словами:

Якщо ви зрозуміли викладену інформацію, то вже зможете вирішити більшість завдань на цю тему.

Приклад (ОДЕ):
Рішення:

Відповідь : \(-686\).

Приклад (ОДЕ): Дано перші три члени прогресії (324); \ (-108 \); \ (36 \) .... Знайдіть (b_5).
Рішення:

Відповідь : \(4\).

Приклад: Прогресія задана умовою (b_n = 0,8 · 5 ^ n). Який із чисел є членом цієї прогресії:

а) \(-5\) б) \(100\) в) \(25\) г) \(0,8\) ?

Рішення: З формулювання завдання очевидно, що одне з цих чисел є в нашій прогресії. Тому ми можемо просто обчислювати її члени по черзі, доки не знайдемо потрібне нам значення. Оскільки у нас прогресія задана формулою , то обчислюємо значення елементів, підставляючи різні (n):
\ (n = 1 \); \(b_1=0,8·5^1=0,8·5=4\) – такого числа у списку немає. Продовжуємо.
\ (n = 2 \); \(b_2=0,8·5^2=0,8·25=20\) - і цього теж немає.
\ (n = 3 \); \(b_3=0,8·5^3=0,8·125=100\) - а ось і наш чемпіон!

Відповідь: \(100\).

Приклад (ОДЕ): Дано кілька членів геометричної прогресії, що йдуть один за одним …\(8\); \(x\); \ (50 \); \ (-125 \) .... Знайдіть значення елемента, позначеного літерою \(x\).

Рішення:

Відповідь: \(-20\).

Приклад (ОДЕ): Прогресія задана умовами \(b_1=7\), \(b_(n+1)=2b_n\). Знайдіть суму перших (4) членів цієї прогресії.

Рішення:

Відповідь: \(105\).

Приклад (ОДЕ): Відомо, що у геометричній прогресії \(b_6=-11\), \(b_9=704\). Знайдіть знаменник (q).

Рішення:

Відповідь: \(-4\).

Найважливіші формули

Як бачите, більшість завдань на геометричну прогресію можна вирішувати чистою логікою, просто розуміючи суть (це взагалі характерно для математики). Але іноді знання деяких формул і закономірностей прискорює та суттєво полегшує рішення. Ми вивчимо дві такі формули.

Формула \(n\)-го члена: \(b_n=b_1·q^(n-1)\), де \(b_1\) - перший член прогресії; \ (n \) - Номер шуканого елемента; \ (q \) - знаменник прогресії; \(b_n\) - член прогресії з номером \(n\).

За допомогою цієї формули можна, наприклад, розв'язати задачу з першого прикладу буквально в одну дію.

Приклад (ОДЕ): Геометрична прогресія задана умовами (b_1=-2); \ (Q = 7 \). Знайдіть (b_4).
Рішення:

Відповідь: \(-686\).

Цей приклад був простим, тому формула нам полегшила обчислення не надто сильно. Давайте розберемо завдання трохи складніше.

Приклад: Геометрична прогресія задана умовами (b_1 = 20480); \(q=\frac(1)(2)\). Знайдіть \(b_(12)\).
Рішення:

Відповідь: \(10\).

Звичайно, зводити \(\frac(1)(2)\) в \(11\)-у ступінь не надто радісно, ​​але все ж простіше ніж \(11\) раз ділити \(20480\) на два.

Сума \(n\) перших членів: \(S_n=\)\(\frac(b_1·(q^n-1))(q-1)\) , де \(b_1\) - перший член прогресії; \(n\) - кількість елементів, що підсумовуються; \ (q \) - знаменник прогресії; \(S_n\) - сума \(n\) перших членів прогресії.

Приклад (ОДЕ): Дано геометричну прогресію \(b_n\), знаменник якої дорівнює \(5\), а перший член \(b_1=\frac(2)(5)\). Знайдіть суму перших шести членів цієї прогресії.
Рішення:

Відповідь: \(1562,4\).

І знову ми могли вирішити завдання «в лоб» – знайти по черзі усі шість елементів, а потім скласти результати. Однак кількість обчислень, а отже й шанс випадкової помилки, різко зросла б.

Для геометричної прогресії є ще кілька формул, які ми не стали розглядати тут через їх низьку практичну користь. Ви можете знайти ці формули.

Зростаючі та спадні геометричні прогресії

У розглянутої на самому початку статті прогресії \(b_n = \(3; 6; 12; 24; 48…\)\) знаменник \(q\) більше одиниці і тому кожен наступний член більший за попередній. Такі прогресії називаються зростаючими.

Якщо ж \(q\) менше одиниці, але при цьому позитивний (тобто лежить в межах від нуля до одиниці), то кожен наступний елемент буде меншим ніж попередній. Наприклад, у прогресії (4); \(2\); \(1\); \ (0,5 \); \(0,25\) ... знаменник \(q\) дорівнює \(\frac(1)(2)\).

Ці прогресії називаються спадаючими. Зверніть увагу, що жоден з елементів такої прогресії не буде негативним, вони просто стають дедалі меншими з кожним кроком. Тобто ми поступово наближатимемося до нуля, але ніколи його не досягнемо і за нього не перейдемо. Математики в таких випадках кажуть «прагнути нуля».

Зазначимо, що з негативному знаменнику елементи геометричної прогресії обов'язково змінюватимуть знак. Наприклад, У прогресії \ (5 \); \ (-15 \); \ (45 \); (-135); \(675\) ... знаменник \(q\) дорівнює \(-3\), і через це знаки елементів "блимають".

Математика – це те, за допомогою чоголюди керують природою та собою.

Радянський математик, академік О.М. Колмогоров

Геометрична прогресія.

Поряд із завданнями на арифметичні прогресії також поширеними на вступних випробуваннях з математики є завдання, пов'язані з поняттям геометричної прогресії. Для успішного вирішення таких завдань необхідно знати властивості геометричної прогресії та мати гарні навички їх використання.

Ця стаття присвячена викладу основних властивостей геометричної прогресії. Тут також наводяться приклади вирішення типових завдань, запозичених із завдань вступних випробувань з математики.

Попередньо відзначимо основні властивості геометричної прогресії та нагадаємо найбільш важливі формули та затвердження, пов'язані з цим поняттям.

Визначення.Числова послідовність називається геометричною прогресією, якщо кожне її число, починаючи з другого, дорівнює попередньому, помноженому на те саме число . Число називається знаменником геометричної прогресії.

Для геометричної прогресіїсправедливі формули

, (1)

де. Формула (1) називається формулою загального члена геометричної прогресії, а формула (2) є основною властивістю геометричної прогресії: кожен член прогресії збігається із середнім геометричним своїх сусідніх членів і .

Зазначимо, що саме через цю властивість аналізована прогресія називається «геометричною».

Наведені вище формули (1) та (2) узагальнюються наступним чином:

, (3)

Для обчислення сумиперших членів геометричної прогресіїзастосовується формула

Якщо позначити, то

де. Оскільки формула (6) є узагальненням формули (5).

У тому випадку, коли і , геометрична прогресіяє нескінченно спадаючою. Для обчислення сумивсіх членів нескінченно спадної геометричної прогресії використовується формула

. (7)

Наприклад, за допомогою формули (7) можна показати, що

де. Дані рівності отримані з формули (7) за умови, що , (перша рівність) і , (друга рівність).

Теорема.Якщо то

Доведення. Якщо то ,

Теорему доведено.

Перейдемо до розгляду прикладів розв'язання задач на тему «Геометрична прогресія».

приклад 1.Дано: , і . Знайти.

Рішення.Якщо застосувати формулу (5), то

Відповідь: .

приклад 2.Нехай і. Знайти.

Рішення.Так як і , то скористаємося формулами (5), (6) і отримаємо систему рівнянь

Якщо друге рівняння системи (9) поділити на перше, або . Звідси випливає і . Розглянемо два випадки.

1. Якщо , то з першого рівняння системи (9) маємо.

2. Якщо, то.

приклад 3.Нехай, і. Знайти.

Рішення.З формули (2) випливає, що або . Так як , то чи .

За умовою . Однак, тому. Оскільки і , то тут маємо систему рівнянь

Якщо друге рівняння системи поділити на перше, то або .

Так як, то рівняння має єдиний відповідний корінь. У такому разі з першого рівняння системи випливає.

Зважаючи на формулу (7), отримуємо.

Відповідь: .

приклад 4.Дано: і . Знайти.

Рішення.Так як, то.

Оскільки , то чи

Відповідно до формули (2) маємо . У цьому зв'язку з рівності (10) отримуємо або .

Однак за умовою, тому.

Приклад 5.Відомо що . Знайти.

Рішення. Відповідно до теореми маємо дві рівності

Так як , то чи . Оскільки, то.

Відповідь: .

Приклад 6.Дано: і . Знайти.

Рішення.Беручи до уваги формулу (5), отримуємо

Так як, то. Оскільки, і, то.

Приклад 7.Нехай і. Знайти.

Рішення.Згідно з формулою (1) можна записати

Отже, маємо або . Відомо, що , тому і .

Відповідь: .

Приклад 8.Знайти знаменник нескінченної спадної геометричної прогресії, якщо

та .

Рішення. З формули (7) випливаєі . Звідси і з умови завдання отримуємо систему рівнянь

Якщо перше рівняння системи звести у квадрат, а потім отримане рівняння розділити на друге рівняння, то отримаємо

Або.

Відповідь: .

Приклад 9.Знайти всі значення , у яких послідовність , , є геометричної прогресією.

Рішення.Нехай, і. Згідно з формулою (2), яка задає основну властивість геометричній прогресії, можна записати або .

Звідси отримуємо квадратне рівняння, корінням якого єта .

Виконаємо перевірку: якщо, то , та ; якщо, то, і.

У першому випадку маємоі , а в другому - і .

Відповідь: , .

приклад 10.Вирішити рівняння

, (11)

де і .

Рішення. Ліва частина рівняння (11) являє собою суму нескінченної спадної геометричної прогресії, в якій і за умови: і .

З формули (7) випливає, що . У зв'язку з цим рівняння (11) набуває виглядуабо . Відповідним коренем квадратного рівняння є

Відповідь: .

Приклад 11.П послідовність позитивних чиселутворює арифметичну прогресію, а – геометричну прогресію, причому тут . Знайти.

Рішення.Так як арифметична послідовність, то (Основна властивість арифметичної прогресії). Оскільки, або . Звідси випливає , що геометрична прогресія має вигляд. Згідно з формулою (2)далі запишемо, що.

Так як і , то . У такому разі виразнабуває вигляду або . За умовою , тому з рівнянняотримуємо єдине рішення розглянутої задачі, тобто. .

Відповідь: .

Приклад 12Обчислити суму

. (12)

Рішення. Помножимо на 5 обидві частини рівності (12) та отримаємо

Якщо від отриманого виразу відняти (12), то

або .

Для обчислення підставимо у формулу (7) значення і отримаємо . Так як, то.

Відповідь: .

Наведені тут приклади вирішення завдань будуть корисні абітурієнтам під час підготовки до вступних випробувань. Для більш глибокого вивчення методів розв'язання задач, пов'язаних з геометричною прогресією, можна використовувати навчальні посібники зі списку літератури, що рекомендується.

1. Збірник завдань з математики для вступників у втузи / За ред. М.І. Сканаві. - М.: Світ та Освіта, 2013. - 608 с.

2. Супрун В.П. Математика для старшокласників: додаткові розділи шкільної програми. - М.: Ленанд / URSS, 2014. - 216 с.

3. Мединський М.М. Повний курс елементарної математики у завданнях та вправах. Книга 2: Числові послідовності та прогресії. - М.: Едітус, 2015. - 208 с.

Залишились питання?

Щоб отримати допомогу репетитора – зареєструйтесь.

сайт, при повному або частковому копіюванні матеріалу посилання на першоджерело обов'язкове.