Wróć do informacji o e-podręczniku Wydrukuj Pobierz materiał do PDF Pobierz materiał do EPUB Pobierz materiał do MOBI Zaloguj się, aby dodać do ulubionych Zaloguj się, aby skopiować i edytować materiał Zaloguj się, aby udostępnić materiał Zaloguj się, aby dodać całą stronę do teczki

Jeżeli znasz już wszystkie własności ciągu geometrycznego, wiesz kiedy szereg geometryczny jest zbieżny, zastosujemy tę wiedzę do rozwiązywania zadań o charakterze egzaminacyjnym. Na tej lekcji zebrana została kolekcja zadań, które są zadaniami typu maturalnego.

Przykład 1

Dany jest ciąg geometryczny an określony wzorem an=12x-371n dla n1. Wszystkie wyrazy tego ciągu są dodatnie. Wyznaczymy najmniejszą liczbę całkowitą x, dla której nieskończony szereg a1+a2+a3+ jest zbieżny. Podamy dla wyznaczonej liczby sumę szeregu a1+a2+a3+.

Rozwiązanie

Zapiszmy założenie:

2x-3710

x185,5.

Ciąg an jest ciągiem geometrycznym o ilorazie q=12x-371.

Wyrazy ciągu an są dodatnie, zatem a1>0q>0.

Ponieważ a1=q=12x-371>0, więc x185,5;

Szereg geometryczny jest zbieżnyszereg geometryczny zbieżnySzereg geometryczny jest zbieżny wtedy i tylko wtedy, gdy |q|<1 lub a1=0.

Ponieważ 12x-371>0, zatem musi być spełniony warunek 12x-371<1, co jest równoważne warunkowi 1<2x-371, skąd dostajemy x>186.

Zatem szereg n=1an o wyrazach dodatnich jest zbieżny dla x186,.

Najmniejsza liczba całkowita należąca do przedziału 186, to 187.

Dla x=187 szereg ma postać n=112·187-371n=n=113n, zatem jego sumą jest 131-13=12.

Przykład 2

Dany jest nieskończony ciąg okręgów on o równaniach x2+y2=211-n, gdzie n1. Niech Pk będzie pierścieniem ograniczonym zewnętrznym okręgiem o2k-1 i wewnętrznym okręgiem o2k. Obliczymy sumę pól wszystkich pierścieni Pk, gdzie k1.

Rozwiązanie

Okrąg on o równaniu x2+y2=211-n jest okręgiem o środku 0,0 i promieniu rn=211-n.

Pole koła ograniczonego okręgiem on jest równe πrn2=π·211-n.

Pierścień Pk jest ograniczony z zewnątrz okręgiem o2k-1 o polu πr2k-12=π·211-2k-1=π·212-2k i od wewnątrz okręgiem o2k o polu πr2k2=π·211-2k.

RCIaILLc6ZIYO

Pole pierścienia Pk jest równe Pk=π·212-2k-π·211-2k=π·211-2k2-1=π·211-2k.

Ponieważ mamy obliczyć sumę pól wszystkich pierścieni Pk zauważmy, że ciąg pól Pk jest ciągiem geometrycznym o ilorazie

q=PkPk-1=π·211-2kπ·211-2k-1=211-2k213-2k=211-2k-13-2k=2-2=14.

Ponieważ iloraz spełnia warunek q<1, zatem szereg geometryczny n=1Pn jest zbieżny i jego suma jest równa: S=29π1-14=29π34=4·29π3=211π3=2048π3.

Odpowiedź: Suma pól wszystkich pierścieni Pk jest równa 2048π3.

Przykład 3

Wszystkie wyrazy nieskończonego ciągu geometrycznego an są liczbami dodatnimi. Suma wszystkich wyrazów o numerach nieparzystych jest 100 razy większa od sumy wszystkich wyrazów o numerach parzystych oraz loga1+loga2+loga3++loga100=100. Oblicz a1.

Rozwiązanie

Jeżeli iloraz ciągu an jest równy q, to iloraz ciągu wyrazów o numerach nieparzystych jest równy q2 oraz iloraz ciągu wyrazów o numerach parzystych jest równy q2. Ponieważ suma wszystkich wyrazów o numerach nieparzystych jest sto  razy większa od sumy wszystkich wyrazów o numerach parzystych, więc q2<1. Ponieważ wszystkie wyrazy ciągu an są dodatnie, zatem 0<q<1.

Zapiszmy warunek w następujący sposób: suma wszystkich wyrazów o numerach nieparzystych jest dziesięć razy większa od sumy wszystkich wyrazów o numerach parzystych w następujący sposób:

a11-q2=100a1q1-q2

Stąd otrzymujemy, że q=1100.

Teraz zajmiemy się drugim warunkiem:

loga1+loga2+loga3++loga100=100.

Wykorzystując wzór na sumę logarytmówsuma logarytmówsumę logarytmów przekształcamy równanie do postaci:

loga1·a2·a3·a100=100.

Wykorzystujemy wzór na wyraz ogólny ciągu geometrycznego:

loga1·a1q·a1q2··a1q99=100

loga110011001+2++99=100

Korzystamy z definicji logarytmu dziesiętnego:

a110011001+2++99=10100

a11001100991002=10100

a11099=10

Stąd otrzymujemy odpowiedź: a1=10100.

Przykład 4

Wartości funkcji f:D spełniają dla każdego xD następujące równanie

1+fx+fx2+fx3+=12x2-3x, gdzie lewa strona równania jest sumą szeregu geometrycznego. Wyznaczymy dziedzinę, zbiór wartości i wzór funkcji f.

Rozwiązanie

Aby szereg z lewej strony równania był zbieżny musi być spełniony warunek fx<1.

Wyznaczmy wzór funkcji f zakładając, że jest spełniony warunek fx<1. Ze wzoru na sumę szeregu geometrycznego, mamy

11-fx=12x2-3x

Stąd otrzymujemy:

2x2-3x=1-fx.

Zatem wzór funkcji ma postać:

fx=-2x2+3x+1.

Podamy dziedzinę korzystając z warunku fx<1:

-1<-2x2+3x+1-2x2+3x+1<1

Dostajemy zatem układ nierówności:

2x2-3x-2<00<2x2-3x.

Rozwiązujemy nierówność 2x2-3x-2<0:

Δ=9+16=25

x1=-12, x2=2

Zatem x-12,2.

Rozwiązujemy nierówność 0<2x2-3x:

0<2xx-32

x-,032,+

Zatem dziedziną funkcji jest część wspólna zbiorów: -12,2 oraz -,032,+.

Zatem dziedziną funkcji jest zbiór: -12,032,2.

Aby odczytać zbiór wartości funkcji f, narysujemy wykres.

RYfSBpOCQcPNx

Zatem z wykresu odczytujemy, że zbiorem wartości jest przedział -1,1.

Słownik

szereg geometryczny zbieżny
szereg geometryczny zbieżny

jeżeli q<1 lub a1=0, to szereg geometryczny n=1a1·qn-1 jest zbieżny

jeżeli a1=0, to n=1a1·qn-1=0

jeżeli q<1, to n=1a1·qn-1=limnSn=a11-q

suma logarytmów
suma logarytmów

jeżeli x,y>0 oraz a0,11,+, to logax+logay=logax·y