ilt8Dxv1rf_d5e87
Twierdzenie o sumie n początkowych wyrazów ciągu geometrycznego
Twierdzenie: Twierdzenie o sumie n początkowych wyrazów ciągu geometrycznego

Jeżeli an jest ciągiem geometrycznym o ilorazie q, to suma Sn jego n początkowych wyrazów jest równa
Sn=a11-qn1-q dla q≠1 albo Sn=na1 dla q=1.

R1CZAVcA3WEe91
Animacja
Przykład 1

Oblicz sumę dziesięciu początkowych wyrazów ciągu geometrycznego (an), w którym a1=12 oraz q=2.
Iloraz ciągu geometrycznego an jest różny od 1, więc suma S10 jego dziesięciu początkowych wyrazów jest równa

S10=a11-q101-q=12∙1-2101-2=12∙1-210-1=12∙210-1=1024-12=10232=51112
Przykład 2

Oblicz sumę wyrazów od ósmego do dwunastego ciągu geometrycznego (an), w którym a1=3 oraz q=-2.
Suma, którą należy obliczyć, to a8+a9+…+a12. Zrobimy to dwoma sposobami.

  • sposób I

Zauważmy, że wystarczy obliczyć sumy S12 oraz S7, odpowiednio dwunastu i siedmiu początkowych wyrazów tego ciągu, a następnie od pierwszej z obliczonych sum odjąć drugą.

S12=a11-q121-q=3∙1--2121--2=3∙1-2123=1-212=1-4096=-4095
S7=a11-q71-q=3∙1--271--2=3∙1+273=1+27=1+128=129

Zatem

a8+a9+…+a12=S12-S7=-4095-129=-4224
  • sposób II

Zauważmy, że ciąg, którego kolejnymi wyrazami są a8, a9, …, a12, to pięciowyrazowy ciąg geometryczny, którego pierwszym wyrazem jest ósmy wyraz ciągu (an), i którego iloraz jest taki sam, jak iloraz ciągu (an) czyli q=-2. Zatem

a8+a9+…+a12=a8∙1-q51-q=a1q7∙1-q51-q=3∙-27∙1—-251--2=-3∙128∙1+253=-128∙33=-4224
Przykład 3

Dany jest ciąg geometryczny (an), w którym a1=27 oraz a4=1. Ile początkowych wyrazów tego ciągu trzeba dodać, żeby otrzymać 4013?
Na początek obliczmy iloraz tego ciągu. Ponieważ a4=a1q3, więc q3=a4a1=127. Stąd q=13. Pozostaje obliczyć n, dla którego Sn= 4013. Ze wzoru na sumę n początkowych wyrazów ciągu geometrycznego otrzymujemy

27∙1-13n1-13=4013

Równanie to przekształcamy równoważnie

27∙1-13n23=1213
1-13n=1213∙27∙23
13n=1-242243
13n=1243
13n=135

Stąd n=5. Zatem należy dodać pięć początkowych wyrazów ciągu (an).

Przykład 4

Suma n początkowych wyrazów ciągu an jest określona wzorem Sn=3n+1-3 dla każdej liczby całkowitej n≥1.

  1. Oblicz czwarty wyraz ciągu an.

  2. Udowodnij, że ciąg an jest geometryczny oraz oblicz iloraz tego ciągu.

Rozwiązanie

  1. Zauważmy, że czwarty wyraz ciągu jest równy S4-S3, czyli
    a4=35-3-34-3=35-34=343-1=81∙2=162

  2. Wyznaczmy wzór na n‑ty wyraz ciągu an. Postępujemy podobnie jak w punkcie a). Dla każdej liczby całkowitej n>1 otrzymujemy

an=Sn-Sn-1=3n+1-3-3n-3=3n+1-3n=3n3-1=2∙3n=6∙3n-1

To oznacza, że an jest ciągiem geometrycznym, w którym pierwszy wyraz jest równy a1=6 a iloraz q=3.

Przykład 5

Stosunek sumy ośmiu początkowych wyrazów ciągu geometrycznego do sumy jego czterech początkowych wyrazów jest równy 82. Oblicz iloraz tego ciągu.
Trzeba zauważyć najpierw, że q≠0. Gdyby q=0 to S8=8a1, S4=4a1, więc S8S4=8a14a1=2≠82. Wobec tego ze wzoru na sumę n początkowych wyrazów ciągu geometrycznego wyznaczamy sumę ośmiu i sumę czterech jego początkowych wyrazów

S8=a11-q81-q,S4=a11-q41-q

Ich stosunek jest równy 82, zatem

82=a11-q81-qa11-q41-q=1-q81-q4=1-q41+q41-q4=1+q4

Stąd q4=81, czyli q=3 lub q=-3.

ilt8Dxv1rf_d5e266
A
Ćwiczenie 1

Oblicz sumę ośmiu początkowych wyrazów ciągu geometrycznego (an) określonego wzorem an=512∙32n.

A
Ćwiczenie 2

Oblicz sumę dziesięciu początkowych wyrazów ciągu geometrycznego (an), w którym a3=-4 oraz a6=32.

A
Ćwiczenie 3

Oblicz sumę sześciu początkowych wyrazów o numerach parzystych ciągu geometrycznego (an), w którym a1=3 oraz q=12.

A
Ćwiczenie 4

Łamana o długości 1270 mm składa się z odcinków, z których pierwszy odcinek ma długość 640 mm, a każdy następny jest dwa razy krótszy od poprzedniego. Oblicz, z ilu odcinków składa się ta łamana.

A
Ćwiczenie 5

Oblicz sumę 7 wyrazów ciągu geometrycznego (an), w którym a1=818 oraz q=23.

A
Ćwiczenie 6

Oblicz pierwszy wyraz ciągu geometrycznego (an) o ilorazie q=2, jeżeli suma S8=30+302.

A
Ćwiczenie 7

Pierwszy wyraz ciągu geometrycznego (an)  jest równy -8, iloraz tego ciągu jest równy 12 oraz suma pierwszych n wyrazów jest równa-1534 .Wyznacz n-ty wyraz tego ciągu geometrycznego.

A
Ćwiczenie 8

Ile wyrazów ciągu geometrycznego an, który jest dany wzorem ogólnym an=-2n+1, trzeba zsumować, żeby otrzymać -340?

A
Ćwiczenie 9

W pewnym sześciowyrazowym ciągu geometrycznym suma wyrazów stojących na pozycjach nieparzystych jest równa 63, a suma wyrazów stojąca na pozycjach parzystych jest równa 126 . Wyznacz szósty wyraz tego ciągu.

A
Ćwiczenie 10

Oblicz sumę wyrazów od szóstego do dziesiątego ciągu geometrycznego (an), w którym a1=5 oraz q=2.

ilt8Dxv1rf_d5e575
A
Ćwiczenie 11

Wyznacz piąty wyraz ciągu geometrycznego, w którym S2=21 oraz S3=129.

A
Ćwiczenie 12

Oblicz sumę sześciu początkowych wyrazów ciągu geometrycznego (an) o numerach nieparzystych, w którym a1=7 oraz q=-12.

A
Ćwiczenie 13

W pewnym ciągu suma n początkowych wyrazów wyraża się wzorem Sn=4n+1-4. Wykaż, że jest to ciąg geometryczny.

A
Ćwiczenie 14

Stosunek sumy dziesięciu początkowych wyrazów ciągu geometrycznego do sumy pierwszych pięciu wyrazów ciągu geometrycznego jest równy 33. Oblicz iloraz tego ciągu.

A
Ćwiczenie 15

Wykaż, że dla dowolnej dodatniej liczby całkowitej n zachodzi równość
5-3+52-32+53-33+…+5n-3n=5n+1-2∙3n+1+14.

A
Ćwiczenie 16

Uzasadnij, że suma wszystkich potęg liczby 3 o wykładnikach naturalnych mniejszych od 10 jest równa 310-12.

A
Ćwiczenie 17

Wiedząc, że w pewnym ciągu geometrycznym pierwszy wyraz jest równy a1, ostatni wyraz jest równy an oraz suma wszystkich n wyrazów jest równa Sn, wyznacz sumę odwrotności wyrazów tego ciągu.

B
Ćwiczenie 18

Wykaż, że różnica liczb 11...1⏟2n-22...2⏟n, gdzie w zapisie odjemnej występuje 2n jedynek, a w zapisie odjemnika n dwójek, jest kwadratem liczby naturalnej.

B
Ćwiczenie 19

Oblicz sumę 2+22+222+…+2…22⏟n, gdzie w zapisie ostatniego składnika występuje n dwójek.