Giải Toán 11 Bài 6: Cấp số cộng
Lời giải:
Sau bài học này ta sẽ giải quyết được bài toán trên như sau:
Số ghế ở mỗi hàng của nhà hát lập thành một cấp số cộng, gồm 25 số hạng, với số hạng đầu u1 = 16 và công sai d = 2. Tổng các số hạng này là
S25 = u1 + u2 + ... + u25 = .
Vậy nhà hát đó có tổng cộng 1 000 ghế.
1. Định nghĩa
a) Viết năm số hạng đầu của dãy số.
b) Dự đoán công thức biểu diễn số hạng un theo số hạng un – 1.
Lời giải:
a) Năm số hạng đầu của dãy số (un) là năm số tự nhiên lẻ đầu tiên và đó là: 1; 3; 5; 7; 9.
b) Nhận thấy trong dãy số (un), số hạng sau hơn số hạng liền trước 2 đơn vị.
Do đó, ta dự đoán công thức biểu diễn số hạng un theo số hạng un – 1 là un = un – 1 + 2.
Câu hỏi trang 48 Toán 11 Tập 1: Dãy số không đổi a, a, a, ... có phải là một cấp số cộng không?
Lời giải:
Dãy số không đổi a, a, a, ... là một cấp số cộng với công sai d = 0.
2. Số hạng tổng quát
Lời giải:
Ta có: un – 1 = – 2(n – 1) + 3 = – 2n + 2 + 3 = – 2n + 5
Do đó, un – un – 1 = (– 2n + 3) – (– 2n + 5) = – 2, với mọi n ≥ 2.
Vậy dãy số (un) là cấp số cộng có số hạng đầu là u1 = – 2 . 1 + 3 = 1 và công sai d = – 2.
HĐ2 trang 49 Toán 11 Tập 1: Cho cấp số cộng (un) với số hạng đầu u1 và công sai d.
a) Tính các số hạng u2, u3, u4, u5 theo u1 và d.
b) Dự đoán công thức tính số hạng tổng quát un theo u1 và d.
Lời giải:
a) Ta có: u2 = u1 + d;
u3 = u2 + d = (u1 + d) + d = u1 + 2d;
u4 = u3 + d = (u1 + 2d) + d = u1 + 3d;
u5 = u4 + d = (u1 + 3d) + d = u1 + 4d.
b)Từ câu a, ta dự đoán công thức tính số hạng tổng quát un theo u1 và d là
un = u1 + (n – 1)d.
Lời giải:
Ta có: un – un – 1 = (4n – 3) – [4(n – 1) – 3] = 4n – 3 – (4n – 4 – 3) = 4, với mọi n ≥ 2.
Do đó, dãy số (un) là một cấp số cộng với số hạng đầu u1 = 4 . 1 – 3 = 1 và công sai d = 4.
Số hạng tổng quát là: un = 1 + (n – 1) . 4
3. Tổng n số hạng đầu của một cấp số cộng
HĐ3 trang 50 Toán 11 Tập 1: Cho cấp số cộng (un) với số hạng đầu u1 và công sai d.
Để tính tổng của n số hạng đầu
Sn = u1 + u2 + ... + un – 1 + un,
hãy lần lượt thực hiện các yêu cầu sau:
a) Biểu diễn mỗi số hạng trong tổng Sn theo số hạng đầu u1 và công sai d.
b) Viết Sn theo thứ tự ngược lại: Sn = un + un – 1 + ... + u2 + u1 và sử dụng kết quả ở phần a) để biểu diễn mỗi số hạng trong tổng này theo u1 và d.
c) Cộng từng vế hai đẳng thức nhận được ở a), b), để tính Sn theo u1 và d.
Lời giải:
a) Ta có: u2 = u1 + d; ...; un – 1 = u1 + (n – 1 – 1)d = u1 + (n – 2)d; un = u1 + (n – 1)d.
Sn = u1 + u2 + ... + un – 1 + un
= u1 + (u1 + d) + ... + [u1 + (n – 2)d] + [u1 + (n – 1)d]
b) Sn = un + un – 1 + ... + u2 + u1
= [u1 + (n – 1)d] + [u1 + (n – 2)d] + ... + (u1 + d) + u1
c) Ta có:
Sn + Sn = {u1 + (u1 + d) + ... + [u1 + (n – 2)d] + [u1 + (n – 1)d]} + {[u1 + (n – 1)d] + [u1 + (n – 2)d] + ... + (u1 + d) + u1}
⇔ 2Sn = {u1 + [u1 + (n – 1)d]} + {(u1 + d) + [u1 + (n – 2)d]} + ... + {[u1 + (n – 2)d] + (u1 + d)} + {[u1 + (n – 1)d] + u1}
⇔ 2Sn = [2u1 + (n – 1)d] + [2u1 + (n – 1)d] + ... + [2u1 + (n – 1)d] + [2u1 + (n – 1)d]
⇔ 2Sn = n . [2u1 + (n – 1)d]
⇔ Sn = [2u1 + (n – 1)d] .
Lời giải:
Số tiền lương anh Nam nhận được mỗi năm lập thành một cấp số cộng, gồm 10 số hạng, với số hạng đầu u1 = 100 và công sai d = 20.
Tổng 10 số hạng đầu của cấp số cộng này là
S10 = u1 + u2 + ... + u10 = .
Vậy số tiền lương mà anh Nam nhận được sau 10 năm làm việc ở công ty này là 1 900 triệu đồng hay 1 tỷ 900 triệu đồng.
Bài tập
a) 4, 9, 14, 19, ...;
b) 1, – 1, – 3, – 5, ....
Lời giải:
a) Ta có: công sai của cấp số cộng đã cho là d = 9 – 4 = 5.
Số hạng đầu của cấp số cộng là u1 = 4.
Số hạng thứ 5 của cấp số cộng là u5 = u1 + (5 – 1)d = 4 + 4 . 5 = 24.
Số hạng tổng quát của cấp số cộng là
un = u1 + (n – 1)d = 4 + (n – 1) . 5 = 4 + 5n – 5 = 5n – 1 hay un = 5n – 1.
Số hạng thứ 100 của cấp số cộng là u100 = 5 . 100 – 1 = 499.
b) Ta có: công sai của cấp số cộng đã cho là d = – 1 – 1 = – 2.
Số hạng đầu của cấp số cộng là u1 = 1.
Số hạng thứ 5 của cấp số cộng là u5 = u1 + (5 – 1)d = 1 + 4 . (– 2) = – 7.
Số hạng tổng quát của cấp số cộng là
un = u1 + (n – 1)d = 1 + (n – 1) . (– 2) = 1 – 2n + 2 = – 2n + 3 hay un = – 2n + 3.
Số hạng thứ 100 của cấp số cộng là u100 = (– 2) . 100 + 3 = – 197.
a) un = 3 + 5n;
b) un = 6n – 4;
c) u1 = 2, un = un – 1 + n;
d) u1 = 2, un = un – 1 + 3.
Lời giải:
a) un = 3 + 5n
+) Năm số hạng đầu của dãy số (un) là:
u1 = 3 + 5 . 1 = 8;
u2 = 3 + 5 . 2 = 13;
u3 = 3 + 5 . 3 = 18;
u4 = 3 + 5 . 4 = 23;
u5 = 3 + 5 . 5 = 28.
+) Ta có: un – un – 1 = (3 + 5n) – [3 + 5(n – 1)] = 5, với mọi n ≥ 2.
Do đó dãy số (un) là một cấp số cộng với số hạng đầu u1 = 8 và công sai d = 5.
Số hạng tổng quát của cấp số cộng này là un = u1 + (n – 1)d = 8 + (n – 1). 5.
b) un = 6n – 4
+) Năm số hạng đầu của dãy số (un) là:
u1 = 6 . 1 – 4 = 2;
u2 = 6 . 2 – 4 = 8;
u3 = 6 . 3 – 4 = 14;
u4 = 6 . 4 – 4 = 20;
u5 = 6 . 5 – 4 = 26.
+) Ta có: un – un – 1 = (6n – 4) – [6(n – 1) – 4] = 6, với mọi n ≥ 2.
Do đó dãy số (un) là một cấp số cộng với số hạng đầu u1 = 2 và công sai d = 6.
Số hạng tổng quát của cấp số cộng này là un = u1 + (n – 1)d = 2 + (n – 1). 6.
c) u1 = 2, un = un – 1 + n
+) Năm số hạng đầu của dãy số (un) là:
u1 = 2;
u2 = u1 + 2 = 2 + 2 = 4;
u3 = u2 + 3 = 4 + 3 = 7;
u4 = u3 + 4 = 7 + 4 = 11;
u5 = u4 + 5 = 11 + 5 = 16.
Ta có: un = un – 1 + n ⇔ un – un – 1 = n, do n luôn thay đổi nên hiệu hai số hạng liên tiếp của dãy số (un) thay đổi.
Vậy dãy số (un) không phải là cấp số cộng.
d) u1 = 2, un = un – 1 + 3
+) Năm số hạng đầu của dãy số (un) là:
u1 = 2;
u2 = u1 + 3 = 2 + 3 = 5;
u3 = u2 + 3 = 5 + 3 = 8;
u4 = u3 + 3 = 8 + 3 = 11;
u5 = u4 + 3 = 11 + 3 = 14.
Ta có: un = un – 1 + 3 ⇔ un – un – 1 = 3, với mọi n ≥ 2.
Do đó dãy số (un) là một cấp số cộng với số hạng đầu u1 = 2 và công sai d = 3.
Số hạng tổng quát của cấp số cộng này là un = u1 + (n – 1)d = 2 + (n – 1). 3.
Lời giải:
Ta biểu diễn số hạng thứ 5 và số hạng thứ 12 theo số hạng thứ nhất u1 và công sai d.
Ta có: u5 = u1 + (5 – 1)d hay 18 = u1 + 4d.
u12 = u1 + (12 – 1)d hay 32 = u1 + 11d.
Khi đó ta có hệ phương trình .
Số hạng thứ 50 của cấp số cộng là u50 = u1 + (50 – 1)d = 10 + 49 . 2 = 108.
Lời giải:
Cấp số cộng có u1 = 5 và d = 2. Giả sử tổng của n số hạng đầu bằng 2 700. Khi đó ta có:
Sn = .
Do đó,
⇔ n(10 + 2n – 2) = 5 400
⇔ n(2n + 8) – 5 400 = 0
⇔ 2n2 + 8n – 5 400 = 0
Vậy tổng của 50 số hạng đầu của cấp số cộng đã cho bằng 2 700.
Lời giải:
Giá của chiếc xe ô tô sau một năm sử dụng là 680 – 55 = 625 (triệu đồng)
Giá của chiếc xe ô tô sau mỗi năm sử dụng lập thành một cấp số cộng với số hạng đầu là u1 = 625 và công sai d = – 55 (do giá xe giảm).
Do đó, giá của chiếc ô tô sau 5 năm sử dụng là
u5 = u1 + (5 – 1)d = 625 + 4 . (– 55) = – 405 (triệu đồng).
Lời giải:
Số ghế ở mỗi hàng của hội trường lập thành một cấp số cộng với số hạng đầu u1 = 15 và công sai d = 3. Giả sử cần thiết kế tối thiếu n hàng ghế để hội trường có sức chứa ít nhất 870 ghế ngồi.
Ta có: Sn =
Do đó, n(30 + 3n – 3) ≥ 1 740
⇔ n(3n + 27) – 17 40 ≥ 0
⇔ 3n2 + 27n – 1 740 ≥ 0
Vậy cần thiết kế tối thiểu 20 hàng ghế để thỏa mãn yêu cầu bài toán.
Lời giải:
Ta có: 1,2 triệu người = 1 200 nghìn người.
Dân số mỗi năm của thành phố từ năm 2020 đến năm 2030 lập thành một cấp số cộng, gồm 11 số hạng (2030 – 2020 + 1 = 11), với số hạng đầu u1 = 1 200 và công sai d = 30.
Ta có: u11 = u1 + (11 – 1)d = 1 200 + 10 . 30 = 1 500.
Vậy dân số của thành phố này vào năm 2030 khoảng 1 500 nghìn người hay 1,5 triệu người.
Xem thêm các bài giải SGK Toán 11 Kết nối tri thức hay, chi tiết khác: