OdrabiamyPremiumBasicfiszki
÷×

Ciąg geometryczny: wzór ogólny i suma wyrazów

Matematyka

Zestaw wyjaśnia, czym jest ciąg geometryczny, jak rozpoznawać jego ilaz oraz jak stosować wzór na nn-ty wyraz i sumę nn początkowych wyrazów. Znajdziesz tu także typowe zadania maturalne, zależności między wyrazami oraz praktyczne przykłady obliczeń.

10 fiszek18 pytań · 2 etapynotatkaSzkoła średnia

1.Ciąg geometryczny

Ciąg (an)(a_n) jest geometryczny, gdy dla każdego kolejnego wyrazu iloraz dwóch sąsiednich wyrazów jest stały, czyli istnieje liczba qq taka, że an+1=anqa_{n+1}=a_n\cdot q. Każdy wyraz po pierwszym powstaje przez mnożenie poprzedniego przez ten sam współczynnik.

2.Iloraz ciągu geometrycznego

Iloraz ciągu geometrycznego to liczba qq, dla której zachodzi zależność q=an+1anq=\frac{a_{n+1}}{a_n}, o ile an0a_n\neq 0. Określa, jak zmieniają się kolejne wyrazy ciągu.

3.Wzór rekurencyjny ciągu geometrycznego

Ciąg geometryczny można opisać zależnością an+1=anqa_{n+1}=a_n\cdot q dla n1n\geq 1, jeśli znamy pierwszy wyraz a1a_1 i iloraz qq. Pozwala to wyznaczać kolejne wyrazy krok po kroku.

4.Wzór na nn-ty wyraz

Jeśli pierwszy wyraz ciągu geometrycznego to a1a_1, a iloraz to qq, to nn-ty wyraz ma postać an=a1qn1a_n=a_1\cdot q^{n-1}. To podstawowy wzór pozwalający obliczyć dowolny wyraz bez wyznaczania wszystkich poprzednich.

5.Suma nn początkowych wyrazów

Dla ciągu geometrycznego o q1q\neq 1 suma nn początkowych wyrazów wynosi Sn=a11qn1qS_n=a_1\cdot \frac{1-q^n}{1-q}. Jest to równoważne postaci Sn=a1qn1q1S_n=a_1\cdot \frac{q^n-1}{q-1}, gdy wygodniej liczyć w ten sposób.

6.Suma przy q=1q=1

Jeżeli q=1q=1, to wszystkie wyrazy ciągu są równe a1a_1. Wtedy suma nn początkowych wyrazów wynosi po prostu Sn=na1S_n=n\cdot a_1, bo dodajemy tę samą liczbę nn razy.

7.Wyznaczanie ilorazu z dwóch wyrazów

Jeśli znamy dwa wyrazy ciągu geometrycznego, można skorzystać ze wzoru an=a1qn1a_n=a_1q^{n-1} lub zależności między wyrazami, np. akam=qkm\frac{a_k}{a_m}=q^{k-m}. To pomaga znaleźć qq bez wypisywania całego ciągu.

8.Zależność trzech kolejnych wyrazów

W każdym ciągu geometrycznym trzy kolejne wyrazy a,b,ca,b,c spełniają zależność b2=acb^2=a\cdot c. Wynika ona z tego, że b=aqb=aq i c=aq2c=aq^2. To częsty motyw w zadaniach.

9.Monotoniczność ciągu geometrycznego

Zachowanie ciągu zależy od a1a_1 i qq. Gdy a1>0a_1>0 i q>1q>1, ciąg rośnie. Gdy a1>0a_1>0 i 0<q<10<q<1, ciąg maleje. Dla q<0q<0 wyrazy zmieniają znaki, więc ciąg zwykle nie jest monotoniczny.

10.Przykład ciągu geometrycznego

Ciąg 2,6,18,54,2,6,18,54,\dots jest geometryczny, bo każdy wyraz powstaje przez pomnożenie poprzedniego przez 33. Mamy więc a1=2a_1=2, q=3q=3 i wzór an=23n1a_n=2\cdot 3^{n-1}.

Notatka

1. Co to jest ciąg geometryczny

Ciąg geometryczny to taki ciąg liczb, w którym każdy wyraz od drugiego otrzymujemy przez pomnożenie wyrazu poprzedniego przez tę samą liczbę. Tę stałą liczbę nazywamy ilorazem ciągu i oznaczamy przez qq.

Jeżeli ciąg ma pierwszy wyraz a1a_1, to kolejne wyrazy mają postać:

  • a2=a1qa_2=a_1\cdot q
  • a3=a1q2a_3=a_1\cdot q^2
  • a4=a1q3a_4=a_1\cdot q^3

Zatem cechą rozpoznawczą ciągu geometrycznego jest stały iloraz sąsiednich wyrazów:

  • q=a2a1q=\frac{a_2}{a_1}
  • q=a3a2q=\frac{a_3}{a_2}
  • ogólnie q=an+1anq=\frac{a_{n+1}}{a_n}, jeśli an0a_n\neq 0

Nie wolno mylić ciągu geometrycznego z arytmetycznym. W ciągu arytmetycznym stała jest różnica, a w geometrycznym stały jest iloraz.

2. Wzór na nn-ty wyraz

Najważniejszy wzór to wzór ogólny, czyli wzór na dowolny wyraz ciągu geometrycznego:

  • an=a1qn1a_n=a_1\cdot q^{n-1}

Ma on bardzo prostą interpretację: aby przejść od pierwszego wyrazu do nn-tego, trzeba wykonać n1n-1 mnożeń przez qq.

Przykład:

Jeśli a1=2a_1=2 i q=3q=3, to:

  • a2=23=6a_2=2\cdot 3=6
  • a3=232=18a_3=2\cdot 3^2=18
  • a5=234=162a_5=2\cdot 3^4=162

W zadaniach często trzeba wyznaczyć brakujący wyraz albo iloraz. Wtedy podstawiamy dane do wzoru an=a1qn1a_n=a_1\cdot q^{n-1} i rozwiązujemy równanie. Na przykład, gdy a4=40a_4=40 i a1=5a_1=5, mamy 40=5q340=5q^3, więc q3=8q^3=8, a stąd q=2q=2.

Warto też pamiętać o zależności między dwoma dowolnymi wyrazami:

  • ak=amqkma_k=a_m\cdot q^{k-m}

To bywa wygodne, gdy nie znamy od razu pierwszego wyrazu.

3. Suma nn początkowych wyrazów

Jeżeli chcemy dodać pierwsze nn wyrazów ciągu geometrycznego, używamy wzoru:

  • Sn=a11qn1qS_n=a_1\cdot \frac{1-q^n}{1-q} dla q1q\neq 1

Spotyka się też równoważną postać:

  • Sn=a1qn1q1S_n=a_1\cdot \frac{q^n-1}{q-1} dla q1q\neq 1

Obie formy dają ten sam wynik. Wybieramy tę, która jest wygodniejsza rachunkowo.

Szczególny przypadek to q=1q=1. Wtedy ciąg jest stały, więc:

  • a1=a2=a3=a_1=a_2=a_3=\dots
  • Sn=na1S_n=n\cdot a_1

Przykład:

Dla ciągu 2,6,18,54,2,6,18,54,\dots mamy a1=2a_1=2, q=3q=3.

Suma czterech początkowych wyrazów wynosi:

  • S4=213413=21812=80S_4=2\cdot \frac{1-3^4}{1-3}=2\cdot \frac{1-81}{-2}=80

Tę samą sumę można sprawdzić zwykłym dodawaniem: 2+6+18+54=802+6+18+54=80.

4. Jak rozpoznawać i wyznaczać iloraz

Aby sprawdzić, czy dany ciąg jest geometryczny, porównujemy ilorazy kolejnych wyrazów. Jeśli wszystkie są równe, ciąg jest geometryczny.

Przykład:

  • w ciągu 1,2,4,81,2,4,8 mamy 21=2\frac{2}{1}=2, 42=2\frac{4}{2}=2, 84=2\frac{8}{4}=2, więc jest to ciąg geometryczny o ilorazie q=2q=2
  • w ciągu 2,5,8,112,5,8,11 ilorazy nie są stałe, więc nie jest to ciąg geometryczny

Często w zadaniach znamy dwa wyrazy i trzeba znaleźć qq. Wtedy korzystamy z potęg.

Przykład:

Jeśli a2=6a_2=6 i a5=162a_5=162, to:

  • a5=a2q3a_5=a_2\cdot q^3
  • 162=6q3162=6q^3
  • q3=27q^3=27
  • q=3q=3

Warto uważać na znak ilorazu. Jeśli q<0q<0, kolejne wyrazy zmieniają znak na przemian. Taki ciąg zwykle nie jest monotoniczny, mimo że nadal jest geometryczny.

5. Ważne własności i typowe zależności

W ciągu geometrycznym często wykorzystuje się zależności między trzema kolejnymi wyrazami. Jeśli kolejne wyrazy to aa, bb, cc, to zachodzi:

  • b2=acb^2=a\cdot c

To bardzo przydatna własność w zadaniach maturalnych z niewiadomymi.

Przykład:

Jeśli trzy kolejne wyrazy to x,6,24x,6,24, to:

  • 62=x246^2=x\cdot 24
  • 36=24x36=24x
  • x=32x=\frac{3}{2}

Warto też analizować monotoniczność ciągu:

  • gdy a1>0a_1>0 i q>1q>1, ciąg rośnie
  • gdy a1>0a_1>0 i 0<q<10<q<1, ciąg maleje
  • gdy q=1q=1, ciąg jest stały
  • gdy q<0q<0, wyrazy zmieniają znaki, więc ciąg zazwyczaj nie jest monotoniczny

Te własności pomagają nie tylko liczyć, ale też oceniać, czy otrzymany wynik ma sens.

6. Typowe zadania maturalne i praktyczne zastosowania

Na poziomie liceum najczęściej spotyka się kilka rodzajów zadań.

  • obliczanie konkretnego wyrazu na podstawie a1a_1 i qq
  • wyznaczanie a1a_1 lub qq z podanych wyrazów
  • obliczanie sumy nn początkowych wyrazów
  • sprawdzanie, czy dany ciąg jest geometryczny
  • wykorzystywanie własności b2=acb^2=a\cdot c

W zadaniach tekstowych ciąg geometryczny opisuje sytuacje, w których wielkość zmienia się zawsze przez ten sam mnożnik. Przykładem może być kapitał rosnący co roku o ten sam procent albo liczba bakterii podwajająca się w równych odstępach czasu.

Przy rozwiązywaniu zadań warto trzymać się schematu:

  • ustal, co jest pierwszym wyrazem a1a_1
  • wyznacz iloraz qq
  • zdecyduj, czy potrzebny jest wzór na ana_n, czy na SnS_n
  • sprawdź szczególny przypadek q=1q=1
  • na końcu oceń, czy wynik pasuje do treści zadania

Najczęstsze błędy to pomylenie ciągu geometrycznego z arytmetycznym, użycie złej potęgi we wzorze ana_n oraz zastosowanie wzoru na sumę bez uwzględnienia warunku q1q\neq 1.

Quizy w tym zestawie

18 pytań w 2 etapach — odblokujesz je po dodaniu zestawu

Podobne zestawy

Zobacz wszystkie fiszki z matematyki

Zestaw trafi do Twojej „Mojej nauki" — postęp liczysz po swojemu.