Главная Веб-разработка Геометрическая прогрессия: определение, формулы, свойства и примеры задач

Геометрическая прогрессия: определение, формулы, свойства и примеры задач

от admin

Разбираем основные свойства и формулы геометрической прогрессии, строим графики и решаем задачи.

Представьте, что у вас есть пробирка с бактериями, которые делятся каждые два часа. Предположим, в самом начале их было всего 10, а рост бактерий будет происходить так:

  • Начальная популяция: 10 бактерий.
  • Через два часа: 10 × 2 = 20 бактерий.
  • Через четыре часа: 20 × 2 = 40 бактерий.
  • Через шесть часов: 40 × 2 = 80 бактерий.

Каждые два часа популяция бактерий увеличивается в два раза. Это и есть проявление геометрической прогрессии. Дадим ей определение.

В этой статье разберёмся, как устроена геометрическая прогрессия, для чего она нужна и почему числа в ней так быстро увеличиваются. В конце статьи вас ждут практические задачки, которые помогут закрепить материал.

Формулы геометрической прогрессии

Разберём основные формулы геометрической прогрессии.

Формула общего члена

С помощью формулы общего члена прогрессии можно найти любой член прогрессии, зная только первый член и знаменатель. Например, так можно узнать, сколько бактерий будет в пробирке через сутки, если они делятся каждые два часа.

В общем виде формула выглядит так:

an = a1 × qn−1

В ней:

  • an — n-й член прогрессии.
  • a1 — первый член прогрессии.
  • q — знаменатель (коэффициент) прогрессии, который определяет разницу между двумя соседними членами прогрессии.
  • n — номер члена.

Вернёмся к нашим бактериям и посчитаем, сколько их будет в пробирке через сутки. В этом случае первым членом прогрессии будет начальное число бактерий, а знаменателем — количество часов, которое нужно им для деления:

an = 10 × 2n−1

Бактерии делятся каждые два часа, в сутках будет 12 интервалов деления. Нас интересует 13-й член прогрессии:

a13 = 10 × 212 = 10 × 4096 = 40 960

Таким образом, через сутки у нас будет 40 960 бактерий.

Геометрическая прогрессия может быть как возрастающей, так и убывающей. Если знаменатель q > 1, то прогрессия возрастающая, так как каждый её последующий член больше предыдущего. Если q < 1, то прогрессия будет убывать.

 — возрастающая прогрессия.

— убывающая прогрессия.

Сумма первых n членов геометрической прогрессии

Как посчитать сумму нескольких членов прогрессии? Самый простой вариант — просто найти эти члены и сложить. Такой подход применим только для небольших прогрессий. Представьте, что у вас несколько десятков слагаемых. На нахождение их суммы с помощью обычного сложения уйдёт очень много времени.

Можно облегчить себе задачу и воспользоваться формулой суммы первых членов прогрессии:

В ней:

  • Sn — сумма первых n членов прогрессии.
  • a1 — первый член прогрессии.
  • q — знаменатель прогрессии.
  • n — количество членов, сумму которых нужно найти.

Важно отметить, что формула выше актуальна только в случае, когда знаменатель прогрессии не равен единице (q ≠ 1). Если q = 1, то сумма первых n членовнаходится следующим образом:

Sn = n ⋅ a1

Характеристическое свойство геометрической прогрессии

В геометрической прогрессии квадрат любого числа всегда равен произведению его соседних членов. Это свойство называют характеристическим. С его помощью можно проверить, является ли последовательность чисел геометрической прогрессией.

Читать также:
Гипертекст: что это такое и как он связан с интернетом

Исходя из этого можно возвести в квадрат второй член прогрессии и перемножить между собой первый и третий член прогрессии. По характеристическому свойству должны получиться одинаковые числа:

Бесконечно убывающая геометрическая прогрессия

В убывающей геометрической прогрессии, где ∣q∣ < 1, члены прогрессии становятся всё меньше и меньше. Но мы всё равно можем найти их сумму по следующей формуле:

В ней:

  • S∞ — сумма бесконечно многих членов прогрессии.
  • a1 — первый член прогрессии.
  • q — знаменатель прогрессии, где ∣q∣ < 1.

График членов геометрической прогрессии

Рассмотрим, как располагаются члены прогрессии в двумерной системе координат. Пусть на горизонтальной оси X будут размещаться номера членов прогрессии n, а на вертикальной оси Y — значения этих членов an. Тогда графиком прогрессии будет показательная функция.

Графики геометрических прогрессий растут или убывают в зависимости от знака знаменателя q:

  • Если q > 1: график представляет собой экспоненциальный рост, члены прогрессии увеличиваются, и кривая растёт вверх.
  • Если q < 0: график будет колебаться вверх и вниз в зависимости от чётности или нечётности номера члена.

Рассмотрим прогрессию 3, 6, 12, 24, …, 3 × 2n−1.

Отложим на оси X номера членов прогрессии n, а на оси Y — значения этих членов an. В этом случае члены геометрической прогрессии будут располагаться на графике функции:

y = 3 × 2x−1

Геометрическая прогрессия: определение, формулы, свойства и примеры задач

Изображение: Skillbox Media

  • Если 0 < q < 1: график представляет собой экспоненциальное убывание. Члены прогрессии уменьшаются. Кривая будет стремиться к нулю, но никогда не достигнет его.

Рассмотрим убывающую прогрессию:

Если будем откладывать на оси X номера членов прогрессии n, а на оси Y — значения an, то члены геометрической прогрессии будут располагаться на графике функции:

Геометрическая прогрессия: определение, формулы, свойства и примеры задач

Изображение: Skillbox Media

Практические задачи

Теперь мы знаем все формулы и свойства геометрической прогрессии, которые могут пригодиться для решения практических задач. Ниже представлены три задачи и подробные решения. Не спешите смотреть ответ, сначала попробуйте решить сами.

Задача 1

Первый член геометрической прогрессии a1 = 3, знаменатель q = 2. Найдите третий и четвёртый член прогрессии.

Формула n-го члена прогрессии выглядит так:

an = a1 × qn−1

Используем её для нахождения a3 и a4. Для этого просто подставим значения и посчитаем.

Найдём третий член (a3):

a3​ = 3 × 23−1 = 3 × 22 = 3 × 4 = 12

Теперь посчитаем четвёртый член (a4):

a4 ​= 3 × 24−1 = 3 × 23 = 3 × 8 = 24

Задача 2

Найдите сумму первых пяти членов геометрической прогрессии, если a1 = 1, а знаменатель q = 3.

Формула суммы первых n членов геометрической прогрессии выглядит так:

Подставим в неё значения из условий задачи:

Задача 3

Является ли последовательность чисел 2, 6, 19, 57, 172 геометрической прогрессией?

На первый взгляд кажется, что числа в последовательности 2, 6, 19, 57, 172 увеличиваются быстро, как в геометрической прогрессии. Но проверим их с помощью характеристического свойства.

Возведём в квадрат второй член прогрессии a2 = 6 и умножим первый член a1 = 2 на третий a3 = 19. Если результаты совпадут, то последовательность чисел можно будет считать геометрической прогрессией:

Похожие статьи