Ciąg arytmetyczny i geometryczny - matura-podstawowa - Baza Wiedzy

Ciąg arytmetyczny i geometryczny

Jak pamiętamy ciąg to dla nas po prostu ciąg liczb, czyli ponumerowane liczby, które znajdują się w jakimś ściśle określonym szyku. Tutaj opiszę dwa konkretne szyki, które mają specjalne własności - ciąg arytmetyczny i ciąg geometryczny.

Czym się wyróżniają spośród tej masy liczb?


Ciąg arytmetyczny to tak uporządkowane liczby, że między dwiema kolejnymi liczbami jest stała różnica.

Czyli ciągiem arytmetycznym będą:
  • $$a_n=1,2,3,4,5 $$
  • $$a_n=-2,-4,-6,-8$$
  • $$a_n=0,2/3, 4/3,2, 8/3$$
ale już nie:

$$a_n=1,3,3,3,5$$ , ponieważ najpierw mamy różnicę 2 ($$3-1=2)$$,a potem 0 $$(3-3=0)$$

w ten sam sposób ciągiem arytmetycznym NIE jest:

$$a_n=0,-2,2,-2,2$$ najpierw różnica jest -2, bo $$(0-2)=-2$$, następnie 4, $$(2-(-2)=4)$$ więc ciąg nie jest już arytmetyczny.

Ok. Wszystko ładnie pięknie, ale jak wiemy nikt nam nie będzie tak pięknie życia ułatwiał i wzory będą podawane na przykład w postaci:

$$a_n=4n+5$$
Oczywiście możemy podstawiać liczby pod n i sprawdzać czy różnica się zmienia: $$a_1=4×1+5=9 $$ $$a_2=4×2+5=13 $$ $$a_3=4×3+5=17$$ I jak widać różnica zawsze będzie o 4, ale pozostaje jedna kwestia, nie zawsze przykłady będą tak proste i nie będziemy mieli pewności, czy przy wyrazie nr 343553 różnica nie zacznie się zmieniać. Trzeba więc to udowodnić.

Przykład:

Sprawdź czy ciąg $$a_n=4n+5$$ jest arytmetyczny.

Musimy pokazać, że dla dowolnych dwóch kolejnych liczb ich różnica jest stała. Jak oznaczyć liczbę dowolną? Twórca zadania zrobił to za nas. Oznaczmy ją jako $$a_n$$, musimy mieć kolejne, zatem druga musi być o 1 większa czyli nasze dwie dowolne kolejne liczby to:
$$a_n$$, $$a_{n+1}$$

Chcemy policzyć różnicę $$a_{n+1}$$ oraz $$a_n$$, więc musimy wypisać odjemną i odjemnik. Dla n oczywiście wszystko jest bez zmian:
$$a_n=4n+5$$
Teraz dla n+1
$$a_{n+1}=4(n+1)+5$$
W tym przypadku zwróćmy uwagę na to, że podstawiamy n+1, więc musi być w nawiasie jeśli chodzi o mnożenie:

$$a_{n+1}=4n+4+5=4n+9$$

Teraz liczymy różnicę czyli musimy odjąć te wyrazy od siebie:

$$r=a_{n+1}-a_n$$

Pamiętamy, że $$a_n$$ jest równe $$4n+5$$ i musimy odjąć je jako całość czyli nie piszemy $$-4n+5$$ tylko $$–(4n+5)$$.

$$r=4n+9-(4n+5)$$

$$r=4n+9-4n-5$$

$$r=4$$

Widzimy, że dla dowolnych dwóch wyrazów różnica wynosi 4 i w ogóle nie zależy od $$n$$.


Różnica nie jest stała jeśli w jakikolwiek sposób zależy od $$n$$. Pokaże to przykład pewnego ciągu geometrycznego, który nie jest arytmetyczny. Czym jest ciąg geometryczny?

Również specjalnym szykiem liczb, między którymi zachodzi stały iloraz między jedną a drugą, czyli mnożymy o stałą liczbę kolejne wyrazy, ciągami geometrycznymi są więc ciągi:
 
  • $$ a_n=1,2,4,8,16$$ mnożymy przez 2
  • $$ a_n=1,-1,1,-1,1$$ mnożymy przez -1
  • $$ a_n={1}/{2}, {1}/{6}, 1/{18}, 1/{54}, 1/{162}$$ mnożymy przez 1/3
Ale z kolei ciągami geometrycznymi już nie są:

$$a_n=1,3,6,7,9$$ (ponieważ $$3:1=3$$, ale już $$6:3=2$$)

ani $$a_n=-2,0,3,5,1$$ (ponieważ $$0:(-2)=0$$, a z kolei $$3:0=...$$, no cóż sami widzicie, przez zero dzielić nie wolno)

Skoro już wiemy, co to jest ciąg geometryczny, możemy wziąć np. ciąg o wyrazie ogólnym
$$a_n=2^n$$
I pokazać, że jest geometryczny, a nie jest arytmetyczny.

Dwa kolejne wyrazy tego ciągu to $$a_n=2^n$$ oraz $$a_{n+1}=2^{n+1}$$. Policzmy ich iloraz:

$${a_{n+1}}/{a_{n}}={2^{n+1}}/{2^{n}}=2$$
A zatem iloraz dwóch kolejnych wyrazów jest stały (wynosi 2, czyli nie zależy od n), więc ciąg jest geometryczny. Policzmy teraz różnicę dwóch kolejnych wyrazów:

$$a_{n+1}-a_{n}=2^{n+1}-2^{n}=2×2^{n}-2^{n}=2^{n}$$
A zatem różnica dwóch kolejnych wyrazów zależy od n, więc ciąg nie jest arytmetyczny.


Inny przykład: Sprawdź czy ciąg $$a_n=-4n^2+3$$ jest geometryczny.

Bierzemy znów dwie kolejne liczby $$a_n$$, $$a_{n+1}$$.

Standardowo podstawiamy. Dla n dostajemy wzór na wyraz ogólny ciągu:

$$a_n=-4n^2+3$$

a dla n+1 dostajemy

$$a_{n+1}=-4(n+1)^2+3$$

$$a_{n+1}=-4(n^2+2n+1)+3$$

$$a_{n+1}=-4n^2-8n-4+3$$

$$a_{n+1}=-4n^2-8n-1$$

Musimy teraz policzyć,

$${a_{n+1} }/{a_n} ={-4n^2-8n-1}/{-4n^2+3}$$

Uwaga! Ta postać jest dość trudna, proszę skupić się na tym poniżej:

Musimy każdy z tych członów rozbić do prostszych postaci i sprawdzić czy się skrócą, pomoże nam tutaj postać iloczynowa funkcji kwadratowej, najpierw mianownik (szukamy miejsc zerowych):

$$-4n^2+3$$

$$-4n^2+3=0$$

$$-4n^2=-3$$ $$|:(-4)$$

$$n^2=3/4$$

$$n={√{3} }/{2}$$ v $$n=-{√3}/{2}$$

Zatem:

$$-4n^2+3=-4(n-{√3}/{2})(n+{√3}/{2})$$

Teraz licznik:

$$-4n^2-8n-1$$

Tutaj standardowo zabawimy się z deltą:

$$a=-4$$

$$b=-8$$

$$c=-1$$

Obliczmy deltę:

$$∆=b^2-4ac$$

$$∆=(-8)^2-4×(-4)×(-1)$$

$$∆=64+16$$

$$∆=80$$

Obliczmy od razu pierwiastek z delty:

$$√{∆}=√{80}=√{16×5}=4√{5}$$



No i teraz nasze rozwiązania:

$$n_1={-b+√{∆} }/{2a}$$

$$n_1={-8+4√5}/{-8}={2+√5}/2$$

$$n_2={-b-√{∆} }/{2a}$$

$$n_2={-8-4√5}/{-8}={2-√5}/2$$ Zatem:

$$-4n^2-8n-1=-4(n-{2-√5}/2)(n-{2+√5}/2)$$



Podstawmy nasze ciężkie równania do ułamka:

$${a_{n+1} }/{a_n} ={-4n^2-8n-1}/{-4n^2+3}$$
$${a_{n+1} }/{a_n} ={-4(n-{2-√5}/2)(n-{2+√5}/{2} ) }/{-4(n-{√3}/{2} )(n+{√3}/{2})} $$

Jak widać nic nam się tu nie skraca, a skoro w ilorazie jest nadal liczba n to znaczy, że nie jest on geometryczny, bo iloraz nie jest stały (zależy od n).

 

Uwaga!

- Jeśli z różnych przyczyn n, n+1 będą dość trudne do podstawienia możemy wybrać dwa dowolne inne wyrazy do podstawienia, nawet $$2n+1,2n+2$$, ważne żeby były kolejne.
- Jeśli mamy do obliczenia ciąg geometryczny, w którym są wzory skróconego mnożenia, warto ich nie rozbijać przedwcześnie.
 

Zadania powtórzeniowe

Zadanie 1.

Sprawdź czy ciąg $$a_n=-1/3 n+6$$ jest arytmetyczny

Bierzemy dwie dowolne kolejne liczby. Weźmy n i n+1 i zróbmy podmianę.

Dla n tak samo:

$$a_n=-1/3 n+6$$

dla $$n+1$$:

$$a_n+1=-1/3 (n+1)+6=-1/3 n-1/3+6=-1/3 n+5 2/3$$

Następnie odejmujemy je od siebie.

$$a_{n+1}-a_n=-1/3 n+5 2/3-(-1/3 n+6)$$

$$a_{n+1}-a_n=-1/3 n+5 2/3+1/3 n-6=-1/3$$

Jak widać ciąg jest arytmetyczny.

Zadanie 2.

Sprawdź czy ciąg $$a_n=n^2$$ jest geometryczny.

Zróbmy podmianę dla dwóch kolejnych liczb n, n+1

Dla n tak samo:

$$a_n=n^2$$

a dla $$n+1$$:

$$a_{n+1}={(n+1)}^2$$

$$a_{n+1}={(n+1)}^2$$

Pozostaje nam sprawdzić iloraz

$${a_{n+1}}/{a_n} ={(n+1)^2}/{n^2} $$

Jak widać nic się tu nie skróci zatem ciąg nie jest geometryczny, bo iloraz dwóch kolejnych wyrazów jest zależny od n.

Zadanie 3.

Znajdź błąd w rozumowaniu:

$$10-10=4-4$$

$$5(2-2)=(2+2)(2-2)$$ $$|∶(2-2)$$

$$5=2+2$$

$$10-10=4-4$$

$$5(2-2)=(2+2)(2-2)$$ $$|:(2-2)$$

(2-2)=0, a przez 0 dzielić nie można!!

Spis treści

3 szkoły podstawowej
4 szkoły podstawowej
5 szkoły podstawowej
6 szkoły podstawowej
7 szkoły podstawowej
II gimnazjum
III gimnazjum
Matura podstawowa
Matura rozszerzona
Rozwiązane zadania
Zaznacz liczby parzyste

Jeśli liczbę da się zapisać w postaci: 

`2*("coś")`

gdzie "coś" jest liczbą naturalną, to jest to liczba parzysta. 

Jeśli natomiast liczbę da się zapisać jako:

`2*("coś")+1`

to jest to liczba nieparzysta.

 

Liczby a i b już są w takiej postaci, zajmijmy sie następnymi liczbami:

`c=2n+3=2n+2+1=2(n+1)+1`

`d=4n+2=2(2n+1)`

`e=4n+3=4n+2+1=2(2n+1)+1`

`g=(4n-1)-(2n-3)=4n-1-2n+3=2n+2=2(n+1)`

`h=(4n-1)-2(n-3)=4n-1-2n+6=2n+5=2n+4+1=2(n+2)+1`

 

 

Możemy teraz rozwiązać zadanie:

`ul(a=2n)\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ ul(ul(c=2n+3))\ \ \ \ \ \ ul(ul(e=4n+3))\ \ \ \ \ \ \ ul(g=(4n-1)-(2n-3))`

`ul(ul(b=2n+1))\ \ \ \ \ ul(d=4n+2)\ \ \ \ \ ul(f=2(2n+1))\ \ \ \ \ ul(ul(h=(4n-1)-2(n-3)))`

Wśród poniższych wypowiedzi wskaż zdania

`a)`

Jest to zdanie - możemy stwierdzić, że jest ono fałszywe. 

 

`b)`

Nie jest to zdanie - wypowiedź jest pytaniem, a nie wypowiedzią oznajmującą.

 

`c)`

Jest to zdanie - możemy stwierdzić, że jest ono prawdziwe.

 

`d)`

Nie jest to zdanie - dla różnych x przyjmuje ono różną wartość logiczną, np. dla 3 jest prawdziwe, ale dla 2 jest nieprawdziwe.

 

`e)`

Jest to zdanie - możemy stwierdzić, że jest ono fałszywe.

 

`f)\`

`(-100)^3=-100*(-100)*(-100)=-1\ 000\ 000`

`-100^3=-1*100^3=-1*100*100*100=-1\ 000\ 000`

Jest to zdanie - możemy stwierdzić, że jest ono fałszywe. 

 

`g)`

Nie jest to zdanie - na końcu znajduje się wykrzynik. 

 

`h)`

Jest to zdanie - możemy stwierdzić, że jest ono prawdziwe.

Podaj przykład takich dwóch zdań p oraz q

Alternatywa będzie prawdziwa, jeśli przynajmniej jedno ze zdań p, q będzie prawdziwe, natomiast koniunkcja będzie fałszywa, jeśli przynajmniej jedno ze zdań p, q będzie fałszywe. Musimy więc podać przykład takich dwóch zdań, z których jedno jest prawdziwe, a drugie fałszywe. 

Poniżej podajemy kilka takich przykładów:

 

`a)`

`p:\ \ 2inN\ \ \ \ \ w(p)=1`

`q:\ \ piinW\ \ \ \ w(q)=0`

 

 

`b)`

`p:\ \ NWD(1,7)=7\ \ \ \ w (p)=0`

`q:\ \ 2>1\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ w(q)=1`

 

 

`c)`

`p:\ \ "Polska leży w Europie"\ \ \ w(p)=1`

`q:\ \ "Opole to stolica Polski"\ \ \ w(q)=0`

 

Wiadomo, że prawdziwe są zdania p∨q

Alternatywy p∨q i p∨(¬q) różnią się tylko drugim zdaniem. Jeśli zdanie q jest prawdziwe, to zdanie ¬q jest nieprawdziwe, natomiast jeśli zdanie q jest nieprawdziwe, to zdanie ¬q jest prawdziwe - zawsze jedno ze zdań ¬q ma wartość logiczną 0. 

Zatem zdanie p nie może być fałszywe, bo wtedy któraś alternatywa byłaby fałszywa (oba zdania proste tworzące jedną alternatywę byłyby fałszywe), stąd wniosek, że wartość logiczna zdania p wynosi 1. 

 

`w(p)=1\ \ \ =>\ \ \ w(notp)=0\ \ \ =>\ \ \ w((#(notp)^0)wedgeq)=0`

Niezależnie od tego, jaką wartość logiczną przyjmuje zdanie q, wartość logiczna zdania (¬p)∧q wynosi 0, ponieważ pierwsze zdanie (¬p) jest fałszywe, więc koniunkcja jest fałszywa. 

Zapisz liczbę w postaci 3k, 3k+1 lub 3k+2

`a)\ 26=3*8+2`

`b)\ 76=3*25+1`

`c)\ 108=3*36`

`d)\ 127=3*42+1`

`e)\ 713=3*237+2`

Zapisz liczby w postaci

`a)` 

Zamienimy część ułamkową wyrażoną ułamkiem okresowym na ułamek zwykły. 

Mnożymy ułamek razy 10 do tej potęgi, jaką długość ma okres - u nas mnożymy przez 10 do potęgi pierwszej (czyli przez 10).

`\ \ \ x=0,777...` 

`10x=7,777...` 

`10x-x=7,777...-0,777...` 

`9x=7\ \ \ |:9` 

`x=7/9` 

Zapisujemy liczbę w postaci ułamka zwykłego:

`-2,(7)=-2 7/9=-25/9`  

 

`ul(\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ )` 

 

 

`\ \ \ x=0,888...` 

`10x=8,888...` 

`10x-x=8,888...-0,888...` 

`9x=8\ \ \ |:9` 

`x=8/9` 

 

`-7,(8)=-7 8/9=-71/9` 

 

 

`ul(\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ )` 

 

`\ \ \ x=0,2666...` 

`10x=2,6666...` 

`10x-x=2,6666...-0,2666...` 

`9x=2,4 \ \ |:9` 

`x=(2,4)/9=(0,8)/3=8/30=4/15`  

 

`1,2(6)=1 4/15=19/15` 

`ul(ul(\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ ))`      

 

 

`b)` 

`\ \ \ \ x=0,05454...` 

`100x=5,45454...` 

`100x-x=5,45454...-0,05454...`  

`99x=5,4\ \ \ |:99` 

`x=(5,4)/99=(0,6)/11=6/110=3/55` 

 

`3,0(54)=3 3/55=168/55` 

 

`ul(\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ )` 

 

 

`\ \ \ \ \ x=0,324324...` 

`1000x=324,324324...` 

`1000x-x=324,324324...-0,324324...` 

`999x=324\ \ \ |:999` 

`x=324/999=108/333=36/111` 

 

`-2,(324)=-2 36/111=-258/111` 

 

`ul(\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ )` 

 

 

`\ \ \ \ \ x=0,0135135...` 

`1000x=13,5135135...` 

`1000x-x=13,5135135...-0,0135135...` 

`999x=13,5\ \ \ |:999` 

`x=(13,5)/999=(1,5)/111=15/1110=3/222` 

 

`8,0(135)=8 3/222=1779/222` 

Nie wykonując dzielenia podaj, które spośród liczb
  • Aby liczba dzieliła się przez 15 musi dzielić się przez 3 i przez 5, co oznacza, że suma jej cyfr musi byc liczbą podzielną przez 3 oraz jej ostatnią cyfrą musi być 0 lub 5. 
  • Aby liczba dzieliła się przez 45, musi dzielić się przez 9 i przez 5, co oznacza, że suma jej cyfr musi być liczbą podzielną przez 9 oraz jej ostatnią cyfrą musi być 0 lub 5
  • Aby liczba dzieliła się przez 75, musi dzielić się przez 3 i przez 25, co oznacza, że suma jej cyfr musi być liczbą podzielną przez 3 oraz jej dwie ostatnie cyfry to 00, 25, 50 lub 75. 

 

`a)`

`1+1+5+5=12`

 

Liczba 1155 jest podzielna przez 15. 

 

`b)`

`9+8+2+5=24`

Liczba 9825 jest podzielna przez 15 i 75. 

 

`c)`

`5+1+6+5=17`

Liczba 5165 nie jest podzielna przez 15, 45 ani 75.

 

 

`d)`

`8+2+3+5=18`

Liczba 8235 jest podzielna przez 15 i 45.

 

Utwórz zaprzeczenie zdania i oceń jego wartość

a)

Zaprzeczenie zdania:

Liczba 6 nie jest liczbą parzystą.

Wartość logiczna zaprzeczenia:

Fałsz.

 

b)

Zaprzeczenie zdania:

Liczba 17 nie jest podzielna przez 3.

Wartość logiczna zaprzeczenia:

Prawda.

 

c)

Zaprzeczenie zdania:

`5<=7`

Wartość logiczna zaprzeczenia:

Prawda.

 

d)

Zaprzeczenie zdania:

`0>3`

Wartość logiczna zaprzeczenia:

Fałsz

 

e)

Zaprzeczenie zdania:

`13-9!=5`

Wartość logiczna zaprzeczenia:

Prawda.

 

f)

Zaprzeczenie zdania:

`pi>=3`

Wartość logiczna zaprzeczenia:

Prawda.

 

g)

Zaprzeczenie zdania:

`7/17=1`

Wartość logiczna zaprzeczenia:

Fałsz

 

h)

Zaprzeczenie zdania:

`14/16!=2/3`

Wartość logiczna zaprzeczenia:

Prawda.

 

Podaj najmniejszą dodatnią liczbę naturalną podzielną przez

`a)\ 24`

`b)\ 60`

`c)\ 144`

`d)\ 120`

Uczniowie zebrali n kasztanów

Z treści zadania wnioskujemy, że liczba n przy dzieleniu przez 7 daje resztę 6. Wypiszmy liczby mniejsze od 100 spełniające ten warunek:

`6,\ 13,\ 20,\ 27,\ 34,\ 41,\ 48,\ 55,\ 62,\ 69,\ 76,\ 83,\ 90,\ 97`

 

Z treści zadania można także wywnioskowac, że liczba n przy dzieleniu przez 11 daje resztę 9. Wypiszmy liczby mniejsze od 100 spełniające ten warunek: 

`9,\ 20,\ 31,\ 42,\ 53,\ 64,\ 75,\ 86,\ 97`

 

Mamy dwa rozwiązania spełniające warunki zadania: n=20 lub n=97.