R1KKGUT7BQSQA
Zdjęcie przedstawia leżące w jednym rzędzie na stole ziarna kawy.

Własności ciągów 

Źródło: congerdesign on Pixnio, domena publiczna.

3. Monotoniczność ciągów

Być może zdarzyło ci się w młodszych klasach szkoły podstawowej tworzyć szlaczki składające się z figur geometrycznych.

Na poniższym rysunku szlaczek zbudowany jest  z półkoli. Przyjrzyj się kolejnym półkolom – co zauważasz?

R11OS9LAU2E9B

Każde następne półkole ma średnicę dwukrotnie mniejszą niż półkole poprzednie (oprócz oczywiście półkola pierwszego - figura 1) . Długości średnic tych półkoli tworzą więc ciąg malejący. O ciągu malejącym mówimy, że jest to ciąg monotoniczny.

Ciągami monotonicznymi oraz odkrywaniem zależności między wyrazami ciągów monotonicznych będziemy zajmować się właśnie w tym materiale.

Twoje cele
  • Rozpoznasz ciąg monotoniczny.

  • Określisz monotoniczność ciągu opisanego różnymi sposobami.

  • Uzasadnisz, że dany ciąg nie jest monotoniczny.

  • Wykorzystasz własności ciągów monotonicznych.

  • Określisz monotoniczność danego ciągu.

  • Korzystając ze wzoru ciągu, zbadasz jego monotoniczność.

  • Udowodnisz, że dany ciąg jest rosnący albo malejący.

Przykład 1

Wypiszemy kilka początkowych wyrazów ciągu an określonego wzorem ogólnym an=n3-10 dla n+.

a1=1-10=-9

a2=8-10=-2

a3=27-10=17

a4=64-10=54

a5=125-10=115

a6=216-10=206

Zauważmy, że każdy wyraz tego ciągu (oprócz wyrazu pierwszego) jest większy od wyrazu poprzedniego, czyli ciąg an jest ciągiem rosnącym.

Ciąg rosnący
Definicja: Ciąg rosnący

Ciąg an nazywamy rosnącym wtedy i tylko wtedy, gdy każdy wyraz tego ciągu (oprócz wyrazu pierwszego) jest większy od wyrazu poprzedniego.

Czyli dla każdej liczby n+ spełniona jest nierówność an+1>an.

RBR2DC1LL3O2L
Przykład 2

Uzasadnimy, że ciąg an określony wzorem ogólnym an=4n-1 dla n+ jest ciągiem rosnącymciąg rosnącyciągiem rosnącym.

W tym celu określimy wyraz an+1.

an+1=4n+1-1=4n+3

Zatem

an+1=4n+3=4n-1+4

an+1=an+4

an+1>an

c.n.d

Przykład 3

W tabelce zapisanych jest kilka początkowych wyrazów ciągu an.

Początkowe wyrazy ciągu an

n

1

2

3

4

5

an

18

15

12

9

6

Zauważmy, że każdy wyraz tego ciągu (oprócz wyrazu pierwszego) jest mniejszy od wyrazu poprzedniego, czyli ciąg an jest ciągiem malejącym.

Ciąg malejący
Definicja: Ciąg malejący

Ciąg an nazywamy malejącym wtedy i tylko wtedy, gdy każdy wyraz tego ciągu (oprócz wyrazu pierwszego) jest mniejszy od wyrazu poprzedniego.

Czyli dla każdej liczby n+ spełniona jest nierówność an+1<an.

R1HACT7FCPF13
Przykład 4

Uzasadnimy, że ciąg an określony wzorem ogólnym an=-2n+1 dla n+ jest ciągiem malejącymciąg malejącyciągiem malejącym.

W tym celu określimy wyraz an+1.

an+1=-2n+1+1=-2n-1

Zatem

an+1=-2n-1=-2n+1-2

an+1=an-2

an+1<an

c.n.d

Przykład 5

Na wykresie zaznaczono kilka początkowych wyrazów ciągu an.

R15BRSZUDR4AE

Zauważmy, że każdy wyraz tego ciągu (oprócz wyrazu pierwszego) jest równy wyrazowi poprzedniemu, czyli ciąg an jest ciągiem stałymciąg stałyciągiem stałym.

Ciąg stały
Definicja: Ciąg stały

Ciąg an nazywamy stałym wtedy i tylko wtedy, gdy każdy wyraz tego ciągu (oprócz wyrazu pierwszego) jest równy wyrazowi poprzedniemu.

Czyli dla każdej liczby n+ spełniona jest nierówność an+1=an.

Nie każdy ciąg jest rosnący, malejący lub stały.

Przykład 6

Liczby:

1, 2, 2, 3, 3, 3, 4, 4, 4, 4, 5, 5, 5, 5, 5, 5, ... są kolejnymi początkowymi wyrazami ciągu an określonego dla n+.

Każdy wyraz ciągu (oprócz pierwszego) jest równy wyrazowi poprzedniemu lub większy od tego wyrazu. O takim ciągu mówimy, że jest niemalejący.

Ciąg niemalejący
Definicja: Ciąg niemalejący

Ciąg an nazywamy niemalejącym wtedy i tylko wtedy, gdy każdy wyraz tego ciągu (oprócz wyrazu pierwszego) jest równy wyrazowi poprzedniemu lub większy od wyrazu poprzedniego.

Czyli dla każdej liczby n+ spełniona jest nierówność an+1an.

W podobny sposób możemy określić ciąg nierosnący.

Ciąg nierosnący
Definicja: Ciąg nierosnący

Ciąg an nazywamy nierosnącym wtedy i tylko wtedy, gdy każdy wyraz tego ciągu (oprócz wyrazu pierwszego) jest równy wyrazowi poprzedniemu lub mniejszy od wyrazu poprzedniego.

Czyli dla każdej liczby n+ spełniona jest nierówność an+1an.

O ciągach rosnących, malejących, stałych, nierosnących, niemalejących mówimy, że są to ciągi monotoniczne.

Nie wszystkie ciągi są monotoniczne. Żeby to udowodnić, wystarczy pokazać, że w danym ciągu an istnieją dwa wyrazy takie, że ak+1<ak i dwa wyrazy takie, że at+1>at, gdzie k,t+.

R8EOQE15DSAR8
Przykład 7

Uzasadnimy, że ciąg an określony wzorem an=-2n nie jest monotoniczny.

  1. Niech n będzie liczbą parzystą. Wtedy n+1 jest liczbą nieparzystą.

    Wówczas an=-2n=2n>0 oraz an+1=-2n+1=-2n+1<0

    Zatem an+1<an.

  2. Niech n będzie liczbą nieparzystą. Wtedy n+1 jest liczbą parzystą.

    Wówczas an=-2n=-2n<0 oraz an+1=-2n+1=2n+1>0

    Zatem an+1>an.

Na rysunku poniżej przedstawiono wykresy trzech ciągów.

R1KXSJ419PQFF

Pierwszy wykres jest wykresem ciągu rosnącego – każdy kolejny wyraz ciągu an jest większy od wyrazów poprzednich.

Drugi wykres – to wykres ciągu malejącegociąg malejącymalejącego – każdy kolejny wyraz ciągu bn jest mniejszy od wyrazów poprzednich.

Trzeci wykres, to wykres ciągu stałego – każdy kolejny wyraz ciągu cn jest równy wyrazom poprzednim.

Definicję ciągu rosnącego an można zapisać w sposób równoważny w postaci nierówności

an+1-an>0

która jest spełniona dla każdej liczby naturalnej n+.

Definicję ciągu malejącego an można zapisać w sposób równoważny w postaci nierówności

an+1-an<0

która jest spełniona dla każdej liczby naturalnej n+.

Przykład 8

Wykażemy, że ciąg dn określony dla n+ wzorem dn=6-5n jest malejącyciąg malejącymalejący.

Badamy znak różnicy dn+1-dn.

dn+1-dn=6-5n+1-6+5n

dn+1-dn=6-5n-5-6+5n

dn+1-dn<-5

Dla każdej liczby naturalnej n1 spełniona jest nierówność dn+1-dn<0, zatem ciąg jest malejący, co należało wykazać.

Aplet

Polecenie 1

Zapoznaj się z apletem pokazującym wykresy ciągów. Określ w każdym przypadku monotoniczność ciągów. Porównaj z zapisami w aplecie.

R1KQDM6FSJ6TP
R1R472GAUF74A
Sprawdź monotoniczność podanych ciągów poprzez obliczenie różnicy a indeks dolny, n, plus, jeden, koniec indeksu dolnego, minus, a indeks dolny, n, koniec indeksu dolnego.
Zaznacz prawidłową odpowiedź dla każdego ciągu. 1. Ciąg nawias, a indeks dolny, n, koniec indeksu dolnego, zamknięcie nawiasu o wyrazie ogólnym a indeks dolny, n, koniec indeksu dolnego, równa się, trzy, razy, nawias, początek ułamka, cztery, mianownik, pięć, koniec ułamka, zamknięcie nawiasu, indeks górny, n, koniec indeksu górnego, plus, dwa jest:
rosnący/stały/malejący.

2. Ciąg nawias, a indeks dolny, n, koniec indeksu dolnego, zamknięcie nawiasu o wyrazie ogólnym a indeks dolny, n, koniec indeksu dolnego, równa się, dwa, razy, nawias, początek ułamka, trzy, mianownik, cztery, koniec ułamka, zamknięcie nawiasu, indeks górny, n, koniec indeksu górnego, plus, jeden jest:
rosnący/stały/malejący.

3. Ciąg nawias, a indeks dolny, n, koniec indeksu dolnego, zamknięcie nawiasu o wyrazie ogólnym a indeks dolny, n, koniec indeksu dolnego, równa się, minus, jeden jest:
rosnący/stały/malejący.

4. Ciąg nawias, a indeks dolny, n, koniec indeksu dolnego, zamknięcie nawiasu o wyrazie ogólnym a indeks dolny, n, koniec indeksu dolnego, równa się, początek ułamka, jeden, mianownik, dwa, koniec ułamka, n, plus, jeden jest:
rosnący/stały/malejący.

5. Ciąg nawias, a indeks dolny, n, koniec indeksu dolnego, zamknięcie nawiasu o wyrazie ogólnym a indeks dolny, n, koniec indeksu dolnego, równa się, początek ułamka, dwa, mianownik, trzy, koniec ułamka, razy, nawias, początek ułamka, pięć, mianownik, cztery, koniec ułamka, zamknięcie nawiasu, indeks górny, n, plus, jeden, koniec indeksu górnego jest:
rosnący/stały/malejący.

6. Ciąg nawias, a indeks dolny, n, koniec indeksu dolnego, zamknięcie nawiasu o wyrazie ogólnym a indeks dolny, n, koniec indeksu dolnego, równa się, minus, n, minus, jeden jest:
rosnący/stały/malejący.
Polecenie 2

Sporządź wykres każdego z ciągów i określ, czy jest to ciąg stały, malejący czy rosnący.

Podaj pierwsze sześć wyrazów każdego z ciągów. Oblicz różnicę an+1-an i na tej podstawie określ, czy jest to ciąg stały, malejący czy rosnący.

an=-nn-1+n2

bn=-2n+6

cn=n-7

dn=n2+2

en=n-2n+1-n+1n+2+4n

Zestaw ćwiczeń interaktywnych

RnY3epywkfIa11
Ćwiczenie 1
Uzupełnij zdania, przeciągając odpowiednie wyrazy.
2
Ćwiczenie 2

W tabeli podane zostały wszystkie wyrazy ciągu an. Rozstrzygnij, czy ciąg an jest monotoniczny.

n

1

2

3

4

5

6

7

an

-3

-1

0

1

3

5

4

2
Ćwiczenie 3
R1XKVX4E4FJEN
Ciąg nawias, a indeks dolny, n, koniec indeksu dolnego, zamknięcie nawiasu określony jest wzorem a indeks dolny, n, koniec indeksu dolnego, równa się, początek ułamka, nawias, minus, jeden, zamknięcie nawiasu, indeks górny, n, koniec indeksu górnego, mianownik, n, koniec ułamka. Uzupełnij poniższe luki. Kliknij w nie, aby rozwinąć listę, a następnie wybierz poprawną odpowiedź. Ciąg nawias, a indeks dolny, n, koniec indeksu dolnego, zamknięcie nawiasu 1. jest, 2. początek ułamka, jeden, mianownik, pięć, koniec ułamka, 3. początek ułamka, dwa, mianownik, pięć, koniec ułamka, 4. początek ułamka, cztery, mianownik, piętnaście, koniec ułamka, 5. początek ułamka, dwa, mianownik, trzy, koniec ułamka, 6. nie jest, 7. początek ułamka, sześć, mianownik, piętnaście, koniec ułamka, 8. początek ułamka, dwa, mianownik, piętnaście, koniec ułamka, 9. początek ułamka, trzy, mianownik, pięć, koniec ułamka monotoniczny.Wartość wyrażenia a indeks dolny, pięć, koniec indeksu dolnego, plus, dwa a indeks dolny, sześć, koniec indeksu dolnego jest równa 1. jest, 2. początek ułamka, jeden, mianownik, pięć, koniec ułamka, 3. początek ułamka, dwa, mianownik, pięć, koniec ułamka, 4. początek ułamka, cztery, mianownik, piętnaście, koniec ułamka, 5. początek ułamka, dwa, mianownik, trzy, koniec ułamka, 6. nie jest, 7. początek ułamka, sześć, mianownik, piętnaście, koniec ułamka, 8. początek ułamka, dwa, mianownik, piętnaście, koniec ułamka, 9. początek ułamka, trzy, mianownik, pięć, koniec ułamka.
Pokaż uzasadnienieazure
R1P13QAUCS1HZ2
Ćwiczenie 4
Zaznacz poprawną odpowiedź. Ciąg nawias, a indeks dolny, n, koniec indeksu dolnego, zamknięcie nawiasu określony wzorem ogólnym a indeks dolny, n, koniec indeksu dolnego, równa się, nawias, minus, jeden, zamknięcie nawiasu, indeks górny, dwa n, minus, jeden, koniec indeksu górnego, razy, n jest: Możliwe odpowiedzi: 1. rosnący, 2. malejący, 3. stały, 4. niemonotoniczny
R5T7O81582RPN1
Ćwiczenie 5
Każdy z ciągów określony jest za pomocą opisu słownego. Zaznacz ciąg, który jest rosnący. Możliwe odpowiedzi: 1. Każdej liczbie naturalnej dodatniej przyporządkowujemy sumę jej cyfr., 2. Każdej liczbie naturalnej dodatniej przyporządkowujemy liczbę jej dzielników naturalnych., 3. Każdej liczbie naturalnej dodatniej przyporządkowujemy resztę z dzielenia tej liczby przez pięć., 4. Każdej liczbie naturalnej dodatniej przyporządkowujemy pierwiastek z tej liczby.
RRLU6BEJJ287G2
Ćwiczenie 6
Uzupełnij wyrazy ciągu, wiedząc, że jest to ciąg niemalejący i jego wyrazami są liczby naturalne.
Wpisz odpowiednie liczby. dwa, Tu uzupełnij, dwa, dwa, trzy, osiem, jedenaście, Tu uzupełnij, jedenaście, dwanaście, piętnaście, trzydzieści, trzydzieści, Tu uzupełnij, Tu uzupełnij, trzydzieści, czterdzieści pięć, . . .
RTKS2SPM9EQHU2
Ćwiczenie 7
Ciągi określone są podanymi wzorami. Przeciągnij wzór każdego ciągu do odpowiedniego pola. Ciągi rosnące Możliwe odpowiedzi: 1. a indeks dolny, n, koniec indeksu dolnego, równa się, nawias, n, plus, jeden, zamknięcie nawiasu, nawias, n, minus, jeden, zamknięcie nawiasu, 2. c indeks dolny, n, koniec indeksu dolnego, równa się, minus, nawias, n, minus, jeden, zamknięcie nawiasu, indeks górny, dwa, koniec indeksu górnego, 3. b indeks dolny, n, koniec indeksu dolnego, równa się, nawias, n, plus, jeden, zamknięcie nawiasu, indeks górny, dwa, koniec indeksu górnego, minus, nawias, n, minus, jeden, zamknięcie nawiasu, indeks górny, dwa, koniec indeksu górnego, minus, cztery n, 4. t indeks dolny, n, koniec indeksu dolnego, równa się, nawias, jeden, minus, n, zamknięcie nawiasu, nawias, jeden, plus, n, zamknięcie nawiasu, 5. k indeks dolny, n, koniec indeksu dolnego, równa się, dwa n, plus, nawias, n, plus, jeden, zamknięcie nawiasu, nawias, n, minus, jeden, zamknięcie nawiasu, minus, nawias, n indeks górny, dwa, koniec indeksu górnego, plus, jeden, zamknięcie nawiasu, 6. d indeks dolny, n, koniec indeksu dolnego, równa się, minus, nawias, jeden, minus, n, zamknięcie nawiasu, nawias, n, plus, jeden, zamknięcie nawiasu Ciagi malejące Możliwe odpowiedzi: 1. a indeks dolny, n, koniec indeksu dolnego, równa się, nawias, n, plus, jeden, zamknięcie nawiasu, nawias, n, minus, jeden, zamknięcie nawiasu, 2. c indeks dolny, n, koniec indeksu dolnego, równa się, minus, nawias, n, minus, jeden, zamknięcie nawiasu, indeks górny, dwa, koniec indeksu górnego, 3. b indeks dolny, n, koniec indeksu dolnego, równa się, nawias, n, plus, jeden, zamknięcie nawiasu, indeks górny, dwa, koniec indeksu górnego, minus, nawias, n, minus, jeden, zamknięcie nawiasu, indeks górny, dwa, koniec indeksu górnego, minus, cztery n, 4. t indeks dolny, n, koniec indeksu dolnego, równa się, nawias, jeden, minus, n, zamknięcie nawiasu, nawias, jeden, plus, n, zamknięcie nawiasu, 5. k indeks dolny, n, koniec indeksu dolnego, równa się, dwa n, plus, nawias, n, plus, jeden, zamknięcie nawiasu, nawias, n, minus, jeden, zamknięcie nawiasu, minus, nawias, n indeks górny, dwa, koniec indeksu górnego, plus, jeden, zamknięcie nawiasu, 6. d indeks dolny, n, koniec indeksu dolnego, równa się, minus, nawias, jeden, minus, n, zamknięcie nawiasu, nawias, n, plus, jeden, zamknięcie nawiasu Ciągi stałe Możliwe odpowiedzi: 1. a indeks dolny, n, koniec indeksu dolnego, równa się, nawias, n, plus, jeden, zamknięcie nawiasu, nawias, n, minus, jeden, zamknięcie nawiasu, 2. c indeks dolny, n, koniec indeksu dolnego, równa się, minus, nawias, n, minus, jeden, zamknięcie nawiasu, indeks górny, dwa, koniec indeksu górnego, 3. b indeks dolny, n, koniec indeksu dolnego, równa się, nawias, n, plus, jeden, zamknięcie nawiasu, indeks górny, dwa, koniec indeksu górnego, minus, nawias, n, minus, jeden, zamknięcie nawiasu, indeks górny, dwa, koniec indeksu górnego, minus, cztery n, 4. t indeks dolny, n, koniec indeksu dolnego, równa się, nawias, jeden, minus, n, zamknięcie nawiasu, nawias, jeden, plus, n, zamknięcie nawiasu, 5. k indeks dolny, n, koniec indeksu dolnego, równa się, dwa n, plus, nawias, n, plus, jeden, zamknięcie nawiasu, nawias, n, minus, jeden, zamknięcie nawiasu, minus, nawias, n indeks górny, dwa, koniec indeksu górnego, plus, jeden, zamknięcie nawiasu, 6. d indeks dolny, n, koniec indeksu dolnego, równa się, minus, nawias, jeden, minus, n, zamknięcie nawiasu, nawias, n, plus, jeden, zamknięcie nawiasu
21
Ćwiczenie 8
RSPF9QZMRDQ1T
Wybierz jedno nowe słowo poznane podczas dzisiejszej lekcji i ułóż z nim zdanie.
RGRKXB91KSPOX
Połącz w pary ciągi z określoną monotonicznością. a indeks dolny, n, koniec indeksu dolnego, równa się, początek ułamka, jeden, mianownik, n, plus, jeden, koniec ułamka Możliwe odpowiedzi: 1. nie jest monotoniczny, 2. rosnący, 3. malejący, 4. stały b indeks dolny, n, koniec indeksu dolnego, równa się, początek ułamka, n indeks górny, dwa, koniec indeksu górnego, mianownik, n, plus, jeden, koniec ułamka Możliwe odpowiedzi: 1. nie jest monotoniczny, 2. rosnący, 3. malejący, 4. stały c indeks dolny, n, koniec indeksu dolnego, równa się, jeden indeks górny, n, plus, jeden, koniec indeksu górnego Możliwe odpowiedzi: 1. nie jest monotoniczny, 2. rosnący, 3. malejący, 4. stały d indeks dolny, n, koniec indeksu dolnego, równa się, nawias, minus, jeden, zamknięcie nawiasu, indeks górny, n, koniec indeksu górnego Możliwe odpowiedzi: 1. nie jest monotoniczny, 2. rosnący, 3. malejący, 4. stały
RG85MFU2RE9MD
Ćwiczenie 9
Na podstawie wykresu określ monotoniczność ciągu.
Źródło: Zespół autorski Politechniki Łódzkiej, licencja: CC BY 3.0.
R1USZubUl0CMn2
Ćwiczenie 9
Uporządkuj wzory ciągów liczbowych w następującej kolejności: ciąg rosnący, ciąg stały, ciąg malejący. Elementy do uszeregowania:
Źródło: Zespół autorski Politechniki Łódzkiej, licencja: CC BY 3.0.
R1TSKCCKOMT651
Ćwiczenie 10
Zaznacz poprawną odpowiedź. Ciąg nawias, a indeks dolny, n, koniec indeksu dolnego, zamknięcie nawiasu określony wzorem ogólnym a indeks dolny, n, koniec indeksu dolnego, równa się, cztery, razy, siedem indeks górny, n, koniec indeksu górnego, minus, trzy jest: Możliwe odpowiedzi: 1. stały, 2. rosnący, 3. malejący, 4. nierosnący

Słownik

ciąg rosnący
ciąg rosnący

ciąg an nazywamy rosnącym wtedy i tylko wtedy, gdy każdy wyraz tego ciągu (oprócz wyrazu pierwszego) jest większy od wyrazu poprzedniego; czyli dla każdej liczby n+ spełniona jest nierówność an+1>an

ciąg malejący
ciąg malejący

ciąg an nazywamy malejącym wtedy i tylko wtedy, gdy każdy wyraz tego ciągu (oprócz wyrazu pierwszego) jest mniejszy od wyrazu poprzedniego; czyli dla każdej liczby n+ spełniona jest nierówność an+1<an

ciąg stały
ciąg stały

ciąg an nazywamy stałym wtedy i tylko wtedy, gdy każdy wyraz tego ciągu (oprócz wyrazu pierwszego) jest równy wyrazowi poprzedniemu; czyli dla każdej liczby n+ spełniona jest nierówność an+1=an