Własności ciągów
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?

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.
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.
Wypiszemy kilka początkowych wyrazów ciągu określonego wzorem ogólnym dla .
Zauważmy, że każdy wyraz tego ciągu (oprócz wyrazu pierwszego) jest większy od wyrazu poprzedniego, czyli ciąg jest ciągiem rosnącym.
Ciąg nazywamy rosnącym wtedy i tylko wtedy, gdy każdy wyraz tego ciągu (oprócz wyrazu pierwszego) jest większy od wyrazu poprzedniego.
Czyli dla każdej liczby spełniona jest nierówność .

Uzasadnimy, że ciąg określony wzorem ogólnym dla jest ciągiem rosnącymciągiem rosnącym.
W tym celu określimy wyraz .
Zatem
c.n.d
W tabelce zapisanych jest kilka początkowych wyrazów ciągu .
Początkowe wyrazy ciągu | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|
Zauważmy, że każdy wyraz tego ciągu (oprócz wyrazu pierwszego) jest mniejszy od wyrazu poprzedniego, czyli ciąg jest ciągiem malejącym.
Ciąg nazywamy malejącym wtedy i tylko wtedy, gdy każdy wyraz tego ciągu (oprócz wyrazu pierwszego) jest mniejszy od wyrazu poprzedniego.
Czyli dla każdej liczby spełniona jest nierówność .

Uzasadnimy, że ciąg określony wzorem ogólnym dla jest ciągiem malejącymciągiem malejącym.
W tym celu określimy wyraz .
Zatem
c.n.d
Na wykresie zaznaczono kilka początkowych wyrazów ciągu .

Zauważmy, że każdy wyraz tego ciągu (oprócz wyrazu pierwszego) jest równy wyrazowi poprzedniemu, czyli ciąg jest ciągiem stałymciągiem stałym.
Ciąg nazywamy stałym wtedy i tylko wtedy, gdy każdy wyraz tego ciągu (oprócz wyrazu pierwszego) jest równy wyrazowi poprzedniemu.
Czyli dla każdej liczby spełniona jest nierówność .
Nie każdy ciąg jest rosnący, malejący lub stały.
Liczby:
, , , , , , , , , , , , , , , , są kolejnymi początkowymi wyrazami ciągu określonego dla .
Każdy wyraz ciągu (oprócz pierwszego) jest równy wyrazowi poprzedniemu lub większy od tego wyrazu. O takim ciągu mówimy, że jest niemalejący.
Ciąg 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 spełniona jest nierówność .
W podobny sposób możemy określić ciąg nierosnący.
Ciąg 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 spełniona jest nierówność .
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 istnieją dwa wyrazy takie, że i dwa wyrazy takie, że , gdzie .

Uzasadnimy, że ciąg określony wzorem nie jest monotoniczny.
Niech będzie liczbą parzystą. Wtedy jest liczbą nieparzystą.
Wówczas oraz
Zatem .
Niech będzie liczbą nieparzystą. Wtedy jest liczbą parzystą.
Wówczas oraz
Zatem .
Na rysunku poniżej przedstawiono wykresy trzech ciągów.

Pierwszy wykres jest wykresem ciągu rosnącego – każdy kolejny wyraz ciągu jest większy od wyrazów poprzednich.
Drugi wykres – to wykres ciągu malejącegomalejącego – każdy kolejny wyraz ciągu jest mniejszy od wyrazów poprzednich.
Trzeci wykres, to wykres ciągu stałego – każdy kolejny wyraz ciągu jest równy wyrazom poprzednim.
Definicję ciągu rosnącego można zapisać w sposób równoważny w postaci nierówności
która jest spełniona dla każdej liczby naturalnej .
Definicję ciągu malejącego można zapisać w sposób równoważny w postaci nierówności
która jest spełniona dla każdej liczby naturalnej .
Wykażemy, że ciąg określony dla wzorem jest malejącymalejący.
Badamy znak różnicy .
Dla każdej liczby naturalnej spełniona jest nierówność , zatem ciąg jest malejący, co należało wykazać.
Aplet
Zapoznaj się z apletem pokazującym wykresy ciągów. Określ w każdym przypadku monotoniczność ciągów. Porównaj z zapisami w aplecie.

Zasób interaktywny dostępny pod adresem https://zpe.gov.pl/a/D99S956TR
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.
Sporządź wykres każdego z ciągów i określ, czy jest to ciąg stały, malejący czy rosnący.
Podaj pierwsze sześć wyrazów każdego z ciągów. Oblicz różnicę i na tej podstawie określ, czy jest to ciąg stały, malejący czy rosnący.
Zestaw ćwiczeń interaktywnych
W tabeli podane zostały wszystkie wyrazy ciągu . Rozstrzygnij, czy ciąg jest monotoniczny.
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, . . .
Słownik
ciąg nazywamy rosnącym wtedy i tylko wtedy, gdy każdy wyraz tego ciągu (oprócz wyrazu pierwszego) jest większy od wyrazu poprzedniego; czyli dla każdej liczby spełniona jest nierówność
ciąg nazywamy malejącym wtedy i tylko wtedy, gdy każdy wyraz tego ciągu (oprócz wyrazu pierwszego) jest mniejszy od wyrazu poprzedniego; czyli dla każdej liczby spełniona jest nierówność
ciąg nazywamy stałym wtedy i tylko wtedy, gdy każdy wyraz tego ciągu (oprócz wyrazu pierwszego) jest równy wyrazowi poprzedniemu; czyli dla każdej liczby spełniona jest nierówność




