Формула геометрической прогрессии 9 класс как найти - AvtoShod.ru

запиши периодическую дробь (0,(8)) обыкновенной дробью.

Решение.

Достаточно очевидно, что (0,(8)=0,8+0,08+0,008+…) Слагаемые в правой части равенства образуют бесконечно убывающую геометрическую прогрессию, первый член которой равен (0,8), знаменатель равен (0,1). Найдём сумму по формуле:

S=b11−q=0,81−0,1

Осталось выполнить нужные действия с десятичными дробями:

0,81−0,1=0,80,9=89

Таким образом, бесконечная периодическая десятичная дробь (0,(8)) обращается в обыкновенную дробь (8/9).

Ответ: (0,(8)=8/9).

Источник

Геометрическая прогрессия

Понятие геометрической прогрессии
Формула n-го члена геометрической прогрессии
Свойства геометрической прогрессии
Сумма первых n членов геометрической прогрессии
Примеры

п.1. Понятие геометрической прогрессии

Геометрической прогрессией называют числовую последовательность, каждый член которой b_n, начиная со второго, равен произведению предыдущего члена b_n-1 и некоторого постоянного числа q: $$ mathrm{ b_n=b_{n-1}q, ninmathbb{N}, n ge 2, qne 0, qne 1, b_1ne 0 } $$ Число q называют знаменателем геометрической прогрессии.

Например:
1. Последовательность 1, 3, 9, 27, … является геометрической прогрессией с b₁ = 1, q = 3.

2. Последовательность (mathrm{9, -3, 1, -frac13, frac19,…}) является геометрической прогрессией с b₁ = 9, (mathrm{q=-frac13}).

п.2. Формула n-го члена геометрической прогрессии

По определению геометрической прогрессии мы получаем рекуррентную формулу для n-го члена: b_n = b_n-1q. Из неё можно вывести аналитическую формулу:

b₂ = b₁q, b₃ = b₂q = (b₁q)q = b₁q², b₄ = b₃q = (b₁q²)q = b₁q³,…

Получаем:

b_n = b₁q^n-1

Например:
Найдём b₅, если известно, что (mathrm{b_1=frac12, q=2}).
По формуле n-го члена получаем: (mathrm{b_5=b_1q^4=frac12cdot 2^4=2^3=8})

п.3. Свойства геометрической прогрессии

Свойство 1. Экспоненциальный рост/падение

Геометрическая прогрессия с положительными первым членом и знаменателем b₁ > 0, q > 0 является показательной функцией вида f(n) = kqⁿ: $$ mathrm{ b_n=frac{b_1}{q}q^n } $$

При b₁ > 0, q > 1 прогрессия экпоненциально растёт

При b₁ > 0, 0 < q < 1 прогрессия экпоненциально падает

Свойство 2. Признак геометрической прогрессии

Для того чтобы числовая последовательность была геометрической прогрессией необходимо и достаточно, чтобы каждый её член, начиная со второго, был средним геометрическим предыдущего и последующего членов: $$ mathrm{ left{b_nright} — text{геометрическая прогрессия} Leftrightarrow b_n=sqrt{b_{n-1}b_{n+1}}, ninmathbb{N}, n geq 2 } $$ Следствие: аждый член прогрессии является средним геометрическим двух равноудалённых от него членов: $$ mathrm{ b_n=sqrt{b_{n-k}b_{n+k}}, ninmathbb{N}, kinmathbb{N}, n geq k+1 } $$

Например:
Найдём b₉, если известно, что (mathrm{b_7=frac{1}{16}, b_{11}=4})
По следствию из признака геометрической прогрессии: (mathrm{b_9=sqrt{b_7b_{11}}=sqrt{frac{1}{16}cdot 4}=frac12})

Свойство 3. Равенство сумм индексов

Если {b_n} – геометрическая прогрессия, то из равенства сумм индексов следует равенство произведений членов: $$ mathrm{ m+k=p+q Rightarrow b_mb_k=b_pb_q } $$ Следствие: произведение членов, равноудалённых от концов прогрессии, является постоянной величиной: $$ mathrm{ b_1b_n = b_2b_{n-1}=b_3b_{n-2}=… } $$

Например:
Найдём b₆, если известно, что b₂ = 5, b₄ = 10, b₈ = 40
По равенству сумм индексов b₂b₈ = b₄b₆
Откуда (mathrm{b_6=frac{b_2b_8}{b_4}=frac{5cdot 40}{10}=20})

п.4. Сумма первых n членов геометрической прогрессии

Сумма первых n членов геометрической прогрессии равна $$mathrm{ S_n=frac{b_nq-b_1}{q-1}, qne 1} $$

Если учесть, что b_n = b₁q^n-1, получаем ещё одну формулу для суммы: $$mathrm{ S_n=b_1frac{q^n-1}{q-1}, qne 1} $$

Например:
Найдём сумму первых 10 степеней двойки: 2 + 2² + 2³ + … + 2¹⁰
В этом случае b₁ = 2, q = 2, n = 10
Получаем: (mathrm{ S_{10}=2cdot frac{2^{10}-1}{2-1}=2cdot (1024-1)=2046})

п.5. Примеры

Пример 1. Найдите знаменатель геометрической прогрессии и сумму первых 10 членов, если:
а) b₅ = 9, b₈ = 243
Найдём отношение $$ mathrm{ frac{b_8}{b_5}=frac{b_1cdot q^7}{b_1cdot q^4}=q^3, frac{b_8}{b_5}=frac{243}{9}=27=3^3, q^3=3^3Rightarrow q = 3 } $$ Найдём 1-й член: $$ mathrm{ b_1=frac{b_5}{q^4}=frac{9}{3^4}=frac{3^2}{3^4}=frac{1}{3^2}=frac19 } $$ Сумма: $$ mathrm{ S_{10}=b_1frac{q^{10}-1}{q-1}=frac{3^{10}-1}{9cdot 2}=frac{29524}{9}=3280frac49 } $$ Ответ: q = 3, S₁₀ = (mathrm{3280frac49})

б) b₁ = 3, b_n = 96, S_n = 189
По формуле суммы: $$ mathrm{ S_{n}=frac{b_nq-b_1}{q-1}Rightarrow 189 =frac{96q-3}{q-1}Rightarrow 189(q-1)=96q-3Rightarrow 93q=186Rightarrow q = 2 } $$ Сумма: $$ mathrm{ S_{10}=b_1frac{q^{10}-1}{q-1}=3cdot frac{2^{10}-1}{2-1}=3cdot 1023=3069 } $$ Ответ: q = 2, S₁₀ = 3069

Пример 2. Между числами (mathrm{40frac12 text{и} 5frac13}) вставьте такие четыре числа, чтобы они вместе с данными числами образовали геометрическую прогрессию.
По условию (mathrm{b_1=40frac12, b_6=5frac13}) $$ mathrm{ frac{b_6}{b_1}=q^5, frac{b_6}{b_1}=5frac13 : 40frac12=frac{16}{3} : frac{81}{2}=frac{16}{3} cdot frac{2}{81}=frac{32}{243}=frac{2^5}{3^5}=left(frac23right)^5 } $$ Знаменатель (mathrm{q=frac23})
Находим промежуточные члены прогрессии: begin{gather*} mathrm{ b_2=b_1q=40frac12cdotfrac23=frac{81}{2}cdot frac23=27, b_3=b_2q=27cdotfrac23=18, }\ mathrm{ b_4=b_3q=18cdotfrac23=12, b_5=b_4q=12cdotfrac23=8 } end{gather*} Ответ: 27, 18, 12 и 8

Пример 3. Найдите первый и последний члены геометрической прогрессии, если: $$ left{ begin{array}{ l } mathrm{b_4-b_2=0,6} & \ mathrm{b_5-b_3=1,2} & \ mathrm{S_n=12,7} & end{array}right. $$ Заметим, что b₄=b₂q², b₅=b₃q². Для первых двух уравнений получаем: $$ left{ begin{array}{ l } mathrm{b_2q^2-b_2=0,6} & \ mathrm{b_3q^2-b-3=1,2} & end{array}right. Rightarrow left{ begin{array}{ l } mathrm{b_2(q^2-1)=0,6} & \ mathrm{b_3(q^2-1)=1,2} & end{array}right. $$ Делим второе уравнение на первое: $$ mathrm{ frac{b_3(q^2-1)}{b_2(q^2-1)}=frac{1,2}{0,6}Rightarrowfrac{b_3}{b_2}=q=2 } $$ Подставляем найденное значение знаменателя прогрессии в первое уравнение: $$ mathrm{ b_2(2^2-1)=0,6 Rightarrow b_2=frac{0,6}{3}=0,2 Rightarrow b_1=frac{b_2}{q}=frac{0,2}{2}=0,1 } $$ Для третьего уравнения можем записать: begin{gather*} mathrm{ S_n=b_1frac{q^n-1}{q-1}=0,1cdotfrac{2^n-1}{2-1}=frac{2^n-1}{10}=12,7 Rightarrow 2^n-1=127 Rightarrow }\ mathrm{ Rightarrow 2^n=128=2^7 Rightarrow n=7 } end{gather*} 7-й член b₇ = b₁q⁶ = 0,1 · 2⁶ = 6,4
Ответ: b₁ = 0,1; b₇ = 6,4

Пример 4. В геометрической прогрессии, все члены которой положительны, сумма первого и второго членов равна 48, а сумма третьего и четвёртого членов равна 12. Найдите значение n, при котором S_n = 63. $$ text{По условию} left{ begin{array}{ l } mathrm{b_1+b_2=48} & \ mathrm{b_3+b_4=12} & \ mathrm{S_n=63} & end{array}right. $$ Заметим, что b₃ = b₁q², b_4=b_2q². Второе уравнение можно переписать в виде: $$ mathrm{ b_3+b_4=b_1q^2+b2q^2=underbrace{(b_1+b_2)}_{=48} q^2=12 Rightarrow q^2=frac{12}{48}=frac14 Rightarrow q=frac12 } $$ Берём положительное значение q, т.к. по условию все члены положительны.
Из первого уравнения $$ mathrm{ b_1+b_2=b_1(1+q)=48 Rightarrow b_1=frac{48}{1+frac12}=48cdotfrac23=32 } $$ Для третьего уравнения можем записать: begin{gather*} mathrm{ S_n=b_1frac{q^n-1}{q-1}=b_1frac{1-q^n}{1-q}=32cdotfrac{1-frac{1}{2^n}}{1-frac12}=64left(1-frac{1}{2^n}right)=63 }\ mathrm{ 64-frac{64}{2^n}=63 Rightarrow 1=frac{2^6}{2^n} Rightarrow n=6 } end{gather*} Ответ: 6

Пример 5. Бактерия, попав в организм, делится надвое каждые 20 мин. Сколько бактерий будет в организме через сутки?
Сутки – это 24 · 60 = 1440 мин, или n = 1440 : 20 = 72 цикла деления.
По условию необходимо найти

N = N₀ · 2ⁿ, где N₀ = 1
N = 2⁷² = 4 722 366 482 869 645 213 696 ≈ 4,7 · 10²¹

Ответ: 4,7 · 10²¹ бактерий

Источник

Теория вопроса

Геометрическая прогрессия – это бесконечная последовательность чисел, записанная в виде: b1, b2, …, bn, …, где b1 — первый член, b2 — второй член, bn — «энный» член прогрессии.

Каждый член этой прогрессии, начиная со второго, равен предыдущему, умноженному на постоянное для этой последовательности число «q» ,

Число «q» называется знаменателем прогрессии.

Любой член геометрической прогрессии вычисляется по формуле:

b_n = b₁ q ^n —¹ .

Сумма «n» первых членов геометрической прогрессии вычисляется как:

Интерес также представляет «Бесконечно убывающая геометрическая прогрессия». Это геометрическая прогрессия, у которой | q | < 1 . Для неё определяется понятие суммы членов бесконечно убывающей геометрической прогрессии, а именно: это число «к», которому неограниченно приближается сумма «n» первых членов рассматриваемой прогрессии при неограниченном возрастании числа «n».

Сумма членов бесконечно убывающей геометрической прогрессии вычисляется по формуле:

Приведем примеры задач, где необходимо использовать эти формулы.

Пример 1

Найти девятый член (b(9)) заданной последовательности чисел: 1, 3, 9, 27, …

Решение

Данная последовательность чисел является геометрической, так как при делении каждого её члена на предыдущий получается одно и то же число «3»:

3 : 1 = 3

9 : 3 = 3

27 : 9 = 3

Следовательно, знаменателем рассматриваемой последовательности является число q = 3.

Применим формулу для нахождения суммы «n» первых членов геометрической прогрессии и найдем b(9):

b_n = b₁ q ^n —¹

b₉ = 1 х 3 ^9 —¹ = 1 х 3 ⁸ = 1 х 6561 = 6561

Пример 2

Найти сумму членов бесконечно убывающей геометрической прогрессии:

Решение

Применим формулу для вычисления суммы бесконечно убывающей геометрической прогрессии. В нашем примере b₁ = 1, q = 1/2.

Тогда:

Как видите, без знания формул найти требуемые элементы геометрической последовательности не представляется возможным.

Больше уроков и заданий по всем школьным предметам в онлайн-школе «Альфа». Запишитесь на пробное занятие прямо сейчас!

Запишитесь на бесплатное тестирование знаний!

Источник

16
Июл 2013

Категория: Справочные материалы

Геометрическая прогрессия

2013-07-16
2021-06-28

А вы знаете удивительную легенду о зернах на шахматной доске? + показать

Определение

Геометрическая прогрессия — последовательность чисел (членов прогрессии) , в которой каждое последующее число, начиная со второго, получается из предыдущего умножением его на определённое число (знаменатель прогрессии):

, где

Например, последовательность 1, 2, 4, 8, 16, … – геометрическая ()

Геометрическая прогрессия

Знаменатель геометрической прогрессии

$q=frac{b_{k+1}}{b_k}$ ,

Характеристическое свойство геометрической прогрессии

$b_n^2=b_{n-1}cdot b_{n+1}$ для

Последовательность является геометрической тогда и только тогда, когда для любого n > 1 выполняется указанное выше соотношение.

В частности, для геометрической прогрессии с положительными членами, верно: $b_n=sqrt{b_{n-1}cdot b_{n+1}}$

Формула n-го члена геометрической прогрессии

$b_n=b_1cdot q^{n-1}$

Сумма n первых членов геометрической прогрессии

$S_n=frac{b_1(q^n-1)}{q-1}$ , где

(если же , то )

Бесконечно убывающая геометрическая прогрессия

При , геометрическая прогрессия называется бесконечно убывающей. Суммой бесконечно убывающей геометрической прогрессии называется число $S=lim_{nto infty}S_n$ и $S=frac{b_1}{1-q}$

Посмотри это видео

Примеры

Пример 1. Последовательность {} –геометрическая прогрессия.

Найдите , если $b_6=-frac{1}{81}$ , $q=-frac{1}{9}.$

Решение: + показать

Приметр 2. Найдите знаменатель геометрической прогрессии {}, в которой $b_8=172,;b_{11}=2frac{11}{16}.$

Решение: + показать

Пример 3. Найдите девятый член геометрической прогрессии, если ее десятый член равен , а одиннадцатый член равен

Решение: + показать

Пример 4. Найдите сумму первых шести членов геометрической прогрессии

Решение: + показать

Пример 5. Найдите сумму первых пяти членов геометрической прогрессии {}, в которой $b_3=frac{1}{2},;b_5=2,;q>0.$

Решение: + показать

Пример 6. Представьте в виде обыкновенной дроби число

Решение: + показать

Пример 7. Найдите , если известно, что числа являются последовательными членами геометрической прогрессии (в указанном порядке).

Решение: + показать

Пример 8. Найдите знаменатель геометрической прогрессии, отношение суммы первых четырех членов которой, к сумме первых двух членов равно $frac{82}{81}.$

Решение: + показать

Пример 9. Между числами и вставьте три числа так, чтобы получилась геометрическая прогрессия

Решение: + показать

Вы можете пройти тест по теме «Геометрическая прогрессия»

Автор: egeMax |

комментариев 5

Печать страницы

Источник

Содержание

Определение геометрической прогрессии
- Формула n-го члена геометрической прогрессии
Сумма первых n членов геометрической прогрессии
- Формула суммы первых n членов геометрической прогрессии
Сумма бесконечно убывающей геометрической прогрессии

Определение геометрической прогрессии

Определение. Последовательность, каждый член которой, начиная со второго, получается из предыдущего умножением на одно и то же число , называется геометрической прогрессией. Число называется знаменателем прогрессии.

То есть геометрическая прогрессия определяется рекуррентным соотношением

$[b_{n+1} = b_n cdot q.]$

Теорема 1. Пусть — геометрическая прогрессия со знаменателем Тогда для всех натуральных справедлива формула

$[b_n = b_1cdot q^{n-1}.]$

Доказательство. Воспользуемся рекуррентным определением геометрической прогрессии:

$[b_n = b_{n-1}q = b_{n-2}q^2 = ldots = b_1q^{n-1}.]$

Итак, для n-го члена геометрической прогрессии справедлива формула

$[b_n = b_1cdot q^{n-1}.]$

Теорема 2. Квадрат любого члена геометрической прогрессии, начиная со второго, равен произведению предыдущего и последующего членов:

$[b_n^2 = b_{n-1}cdot b_{n+1}.]$

Доказательство. Из определения геометрической прогрессии

$[b_n = b_{n-1}cdot q, qquad b_{n+1} = b_n cdot q.]$

Следовательно,

$[frac{b_n}{b_{n-1}} = frac{b_{n+1}}{b_n} = q,]$

откуда

$[b_n^2 = b_{n-1}cdot b_{n+1}.]$

Обратное утверждение тоже верно. Если для всех членов последовательности ${b_n},$ начиная со второго, выполняется равенство $b_n^2 = b_{n-1}cdot b_{n+1},$ то эта последовательность — геометрическая прогрессия.

Пример 1. Сумма первого и третьего членов геометрической прогрессии равна 10, а сумма второго и четвёртого членов — 30. Найдём первый член и знаменатель прогрессии.

Решение. По условию

$begin{equation*} begin{cases} b_1 + b_3 = 10, \ b_2 + b_4 = 30. end{cases} end{equation*}$

Выразим члены геометрической прогрессии через и : Тогда система запишется в виде

$begin{equation*} begin{cases} b_1 + b_1q^2 = 10, \ b_1q + b_1q^3 = 30. end{cases} end{equation*}$

Разделив второе уравнение системы на первое, получим Следовательно,

Сумма первых n членов геометрической прогрессии

Вычислим сумму первых n членов геометрической прогрессии знаменатель которой :

(1) $begin{equation*}S_n= b_1 + b_2 + ldots + b_n.end{equation*}$

Умножим это равенство на :

или

(2) $begin{equation*}S_n q = b_2 + b_3 + ldots + b_{n+1}.end{equation*}$

Вычтем из равенства (2) равенство (1), и приведя подобные члены, получим $S_n q - S_n = b_{n+1} - b_1.$ Отсюда, так как имеем

$[S_n = frac{b_{n+1} - b_1}{q - 1},]$

или

(3) $begin{equation*}S_n = frac{b_nq - b_1}{q - 1}.end{equation*}$

Так как $b_n = b_1q^{n-1},$ то формулу (3) можно переписать в виде

(4) $begin{equation*}S_n = frac{b_1(q^n - 1)}{q - 1}.end{equation*}$

Пример 2. Считается, что шахматы были изобретены в V в. н. э. в Индии. По легенде, когда создатель шахмат показал своё изобретение правителю страны, тому настолько понравилась игра, что он решил щедро отблагодарить её создателя, позволив мудрецу самостоятельно выбрать награду.

Мудрец попросил короля за первую клетку шахматной доски дать ему одно зерно пшеницы, за вторую — два, за третью — четыре, и так далее, удваивая количество зёрен за каждую клетку. Правитель рассмеялся, услышав столь ничтожную на первый взгляд просьбу, и, быстро согласившись, повелел своим казначеям подсчитать и выдать нужное количество зерна. Однако спустя неделю зерно всё ещё не было подсчитано. Интересно, в чём же причина такой задержки?

Давайте подсчитаем величину награды, то есть найдём сумму геометрической прогрессии

$[1, 2, 2^2, 2^3, ldots , 2^{63}.]$

По формуле (3) получаем

$[S = frac{2^{63}cdot 2 - 1}{2 - 1} = 2^{64} - 1 = ]$

Именно столько зёрен должен был выдать король. Это примерно 1200 триллионов тонн или 1500 куб. км. пшеницы, что эквивалентно амбару размерами 10х10х15 км. Для справки, это примерно в 1800 раз больше всего урожая пшеницы 2009 года.

Примерно такие расчёты и показали королю, когда тот поинтересовался, почему зерно всё ещё не выдано.

Наверное, вы спросите, чем же всё закончилось. Легенда гласит, что король «не остался в долгу» перед хитрым изобретателем, и, выдав ему пшеницу (конечно, намного меньше), предложил тому пересчитать каждое зёрнышко, чтобы не было сомнений в том, что он честно с ним расплатился.

Сумма бесконечно убывающей геометрической прогрессии

Рассмотрим геометрическую прогрессию ${b_1q^{n-1}}.$ Если её знаменатель то эта последовательность называется бесконечно убывающей геометрической прогрессией.

Сумма бесконечно убывающей геометрической прогресcии выражается формулой

(5) $begin{equation*}S = frac{b_1}{1 - q}.end{equation*}$

Пример 3. Найдём сумму

$[S = frac{1}{2} - frac{1}{4} + frac{1}{8} - frac{1}{16} + ldots.]$

Решение. — сумма бесконечно убывающей геометрической прогрессии с первым членом $b_1 = frac{1}{2}$ и знаменателем $q = -frac{1}{2}.$ По формуле (5) получаем