Свойства арифметической прогрессии
Арифметическая прогрессия — это последовательность, в которой каждый следующий член получается прибавлением одного и того же числа. В этой теме научимся находить члены прогрессии, её разность и сумму, а также использовать свойства средних членов при решении экзаменационных задач.
Определение и основные обозначения
Арифметическая прогрессия обозначается так: \(a_1, a_2, a_3, \ldots, a_n, \ldots\). Число \(a_1\) называют первым членом, \(a_n\) — \(n\)-м членом, а постоянное число \(d\) — разностью арифметической прогрессии.
Арифметическая прогрессия — это последовательность, для каждого соседнего члена которой выполняется равенство \(a_{n+1}=a_n+d\), где \(d\) — одно и то же число.
Если \(d>0\), прогрессия возрастает; если \(d<0\), убывает; если \(d=0\), все её члены равны. Разность находят вычитанием двух соседних членов: \(d=a_2-a_1=a_3-a_2\).
Чтобы проверить, является ли последовательность арифметической прогрессией, нужно сравнить разности соседних членов. Если они одинаковы, последовательность — арифметическая прогрессия.
Формула n-го члена
При переходе от первого члена к \(n\)-му разность \(d\) прибавляется \(n-1\) раз. Поэтому любой член можно найти напрямую, не выписывая все предыдущие.
\(n\)-й член арифметической прогрессии равен сумме первого члена и произведения разности на число переходов от первого члена к \(n\)-му: \(a_n=a_1+(n-1)d\).
Из этой формулы удобно получать и другие величины:
В первой формуле индексы \(m\) и \(n\) должны быть различны. Она особенно полезна, когда известны два члена прогрессии, но неизвестны первый член и разность.
Средние члены и симметрия
В арифметической прогрессии члены, равноудалённые от начала, образуют пары с постоянной суммой. Это позволяет быстро находить неизвестные элементы и является частным случаем характеристического свойства арифметической прогрессии.
Каждый член арифметической прогрессии, стоящий между двумя равноудалёнными от него членами, равен их среднему арифметическому: \(a_k=\frac{a_{k-r}+a_{k+r}}{2}\).
В частности, для трёх последовательных членов выполняется равенство:
Если известны крайние члены конечного отрезка прогрессии, то средний член также равен их среднему арифметическому. Подробный способ вычисления среднего можно повторить на странице среднее арифметическое членов прогрессии.
Последовательность \(7, 11, 15, 19, \ldots\) является арифметической. Чему равен \(a_{10}\)?
Сумма первых n членов
Для нахождения суммы первых \(n\) членов используют первый и последний члены. При сложении записи суммы в прямом и обратном порядке каждое слагаемое объединяется с равноудалённым членом, и каждая пара даёт \(a_1+a_n\).
Сумма первых \(n\) членов арифметической прогрессии равна половине произведения числа членов на сумму первого и последнего членов.
Если последний член неизвестен, его сначала находят по формуле общего члена. Тогда:
Эта формула удобна, когда заданы \(a_1\), \(d\) и \(n\). В задачах на сумму внимательно различайте \(n\) — количество слагаемых — и индекс последнего члена.
Разобранный пример
В арифметической прогрессии \(a_3=10\), \(a_8=25\). Найдите \(a_1\), разность \(d\) и сумму первых восьми членов \(S_8\).
Ответ: \(a_1=4\), \(d=3\), \(S_8=116\). Проверка: последовательность начинается так: \(4,7,10,13,16,19,22,25\); сумма действительно равна \(116\).
Как решать типовые задачи
- Если нужно найти член по \(a_1\), \(d\) и номеру, применяйте \(a_n=a_1+(n-1)d\).
- Если даны два члена с известными номерами, сначала найдите разность по формуле \(d=\frac{a_n-a_m}{n-m}\).
- Если требуется сумма, определите количество слагаемых и последний член, затем используйте \(S_n=\frac{n(a_1+a_n)}{2}\).
- Если в условии есть равноудалённые индексы, проверьте свойство \(a_{k-r}+a_{k+r}=2a_k\) — оно часто сокращает вычисления.
- При текстовой задаче составьте таблицу: номер члена, значение члена, разность и число переходов.
1. В формуле \(a_n=a_1+(n-1)d\) заменяют \(n-1\) на \(n\). От первого до первого члена нет ни одного перехода. 2. Путают разность \(d\) и первый член \(a_1\). 3. В формуле суммы считают \(n\) индексом последнего члена, хотя первый член может иметь другой индекс. 4. При отрицательной разности теряют знак «минус». 5. Называют средним арифметическим любые два члена: свойство \(a_k=\frac{a_{k-r}+a_{k+r}}2\) работает только при равноудалённых индексах.
После нахождения ответа выпишите два соседних перехода. Если каждый раз прибавляется одно и то же \(d\), вычисление согласовано. Для суммы можно проверить результат попарным сложением первого и последнего, второго и предпоследнего членов.
Quick-test
Проверь себя
Главное
- Арифметическая прогрессия имеет постоянную разность: \(a_{n+1}-a_n=d\).
- Главная формула: \(a_n=a_1+(n-1)d\).
- Для равноудалённых членов: \(a_{k-r}+a_{k+r}=2a_k\).
- Сумма первых \(n\) членов: \(S_n=\frac{n(a_1+a_n)}2\).
- В задаче сначала определите известные индексы и количество переходов, затем выберите формулу и проверьте знак разности.