Giải Toán 11 Bài 7: Cấp số nhân
Lời giải:
Sau bài học này ta sẽ giải quyết được bài toán trên như sau:
Lương hằng năm (triệu đồng) của chuyên gia lập thành một cấp số nhân, với số hạng đầu u1 = 240 và công bội q = 1,05. Tổng số lương của chuyên gia đó sau 10 năm chính là tổng của 10 số hạng đầu của cấp số nhân này và bằng
.
Vậy tổng số lương (làm tròn đến triệu đồng) của chuyên gia đó sau 10 năm là 3 019 triệu đồng hay 3,019 tỉ đồng.
1. Định nghĩa
HĐ1 trang 52 Toán 11 Tập 1: Cho dãy số (un) với un = 3 . 2n.
a) Viết năm số hạng đầu của dãy số này.
b) Dự đoán hệ thức truy hồi liên hệ giữa un và un – 1.
Lời giải:
a) Năm số hạng đầu của dãy số đã cho là
u1 = 3 . 21 = 6;
u2 = 3 . 22 = 12;
u3 = 3 . 23 = 24;
u4 = 3 . 24 = 48;
u5 = 3 . 25 = 96.
b) Ta có: un – 1 = 3 . 2n – 1 = 3 . = = , suy ra un = un – 1 . 2.
Hệ thức truy hồi liên hệ giữa un và un – 1 là u1 = 6, un = un – 1 . 2 với n ≥ 2.
Câu hỏi trang 52 Toán 11 Tập 1: Dãy số không đổi a, a, a, ... có phải là một cấp số nhân không?
Lời giải:
Dãy số không đổi a, a, a, ... là một cấp số nhân với công bội q = 1.
Lời giải:
Với mọi n ≥ 2, ta có:
,
tức là u5 = 5un – 1 với mọi n ≥ 2.
Vậy (un) là một cấp số nhân với số hạng đầu u1 = 2 . 51 = 10 và công bội q = 5.
2. Số hạng tổng quát
HĐ2 trang 53 Toán 11 Tập 1: Cho cấp số nhân (un) với số hạng đầu u1 và công bội q.
a) Tính các số hạng u2, u3, u4, u5 theo u1 và q.
b) Dự đoán công thức tính số hạng thứ n theo u1 và q.
Lời giải:
a) Ta có: u2 = u1 . q;
u3 = u2 . q = (u1 . q) . q = u1 . q2;
u4 = u3 . q = (u1 . q2) . q = u1 . q3;
u5 = u4 . q = (u1 . q3) . q = u1 . q4.
b) Dự đoán công thức tính số hạng thứ n theo u1 và q là un = u1 . qn – 1 với n ≥ 2.
Lời giải:
Vì ban đầu có 5 000 con vi khuẩn và số lượng vi khuẩn tăng lên thêm 8% mỗi giờ nên số lượng vi khuẩn sau mỗi giờ lập thành một cấp số nhân với sống hạng đầu u1 = 5 000 và công bội q = 1,08 và u6 là số lượng vi khuẩn nhận được sau 5 giờ nuôi cấy.
Ta có: u6 = u1 . q6 – 1 = 5 000 . 1,085 ≈ 7 347.
Vậy sau 5 giờ thì số lượng vi khuẩn xấp xỉ khoảng 7 347 con.
3. Tổng n số hạng đầu của một cấp số nhân
HĐ3 trang 54 Toán 11 Tập 1: Cho cấp số nhân (un) với số hạng đầu u1 = a và công bội q ≠ 1.
Để tính tổng của n số hạng đầu
Sn = u1 + u2 + ... + un – 1 + un,
thực hiện lần lượt các yêu cầu sau:
a) Biểu diễn mỗi số hạng trong tổng trên theo u1 và q để được biểu thức tính tổng Sn chỉ chứa u1 và q.
b) Từ kết quả phần a, nhân cả hai vế với q để được biểu thức tính tích q . Sn chỉ chứa u1 và q.
c) Trừ từng vế hai đẳng thức nhận được ở a và b và giản ước các số hạng đồng dạng để tính (1 – q)Sn theo u1 và q. Từ đó suy ra công thức tính Sn.
Lời giải:
a) Ta có: u2 = u1 . q; ...; un – 1 = u1 . q(n – 1) – 1 = u1 . qn – 2; un = u1 . qn – 1.
Do đó, Sn = u1 + u2 + ... + un – 1 + un = u1 + u1 . q + ... + u1 . qn – 2 + u1 . qn – 1 (1).
b) Ta có: q . Sn = q . (u1 + u1 . q + ... + u1 . qn – 2 + u1 . qn – 1)
⇔ q . Sn = u1 . q + u1 . q2 + ... + u1 . qn – 1 + u1 . qn (2).
c) Lấy (1) trừ vế theo vế cho (2) ta được:
Sn – q . Sn = (u1 + u1 . q + ... + u1 . qn – 2 + u1 . qn – 1) – (u1 . q + u1 . q2 + ... + u1 . qn – 1 + u1 . qn)
⇔ (1 – q)Sn = u1 – u1 . qn
⇔ (1 – q)Sn = u1(1 – qn)
⇒ Sn = (với q ≠ 1).
Lời giải:
Nếu cấp số nhân có công bội q = 1 thì cấp số nhân là u1, u1, ..., u1,... Khi đó
Sn = u1 + u1 + ... + u1 = n . u1 (tổng của n số hạng u1).
- Phương án 1: Lương tháng khởi điểm là 5 triệu đồng và sau mỗi quý, lương tháng sẽ tăng thêm 500 nghìn đồng.
- Phương án 2: Lương tháng khởi điểm là 5 triệu đồng và sau mỗi quý, lương tháng sẽ tăng thêm 5%.
Với phương án nào thì tổng lương nhận được sau ba năm làm việc của người công nhân sẽ lớn hơn?
Lời giải:
Ta có: 3 năm = 12 quý (mỗi quý gồm 3 tháng).
+ Theo phương án 1:
Lương của công nhân trong quý 1 là: 5 . 3 = 15 (triệu đồng).
Sau mỗi quý, lương tháng sẽ tăng thêm 500 nghìn đồng hay 0,5 triệu đồng, do đó từ quý thứ hai trở đi, lương sẽ tăng mỗi quý là 0,5 . 3 = 1,5 (triệu đồng).
Khi đó, lương mỗi quý của công nhân lập thành một cấp số cộng với số hạng đầu u1 = 15 và công sai d = 1,5. Vậy tổng lương nhận được của người công nhân đó sau ba năm hay 12 quý làm việc chính là tổng của 12 số hạng đầu của cấp số cộng trên và là
S12 = = 6(2 . 15 + 11 . 1,5) = 279 (triệu đồng).
+ Theo phương án 2:
Lương của công nhân trong quý 1 là: 5 . 3 = 15 (triệu đồng).
Sau mỗi quý, lương tháng sẽ tăng thêm 5%, có nghĩa là lương mỗi tháng trong quý tiếp theo bằng 105% lương mỗi tháng quý liền trước đó, tức là lương của quý tiếp theo bằng 105% lương mỗi quý liền trước đó.
Khi đó, lương mỗi quý của công nhân lập thành một cấp số nhân với số hạng đầu u'1 = 15 và công bội q = 1,05. Vậy tổng lương nhận được của người công nhân đó sau ba năm hay 12 quý làm việc chính là tổng của 12 số hạng đầu của cấp số nhân trên và là
S'12 = ≈ 238,76 (triệu đồng).
+ Vì 279 > 238,76, do đó với phương án 1 thì tổng lương nhận được sau ba năm làm việc của người công nhân sẽ lớn hơn.
Bài tập
a) 1, 4, 16, ...;
b) 2, , ....
Lời giải:
a) Cấp số nhân đã cho có số hạng đầu u1 = 1 và công bội là q = 4 : 1 = 4.
Số hạng thứ 5 là u5 = u1 . q5 – 1 = 1 . 44 = 256.
Số hạng tổng quát là un = u1 . qn – 1 = 1 . 4n – 1 = 4n – 1.
Số hạng thứ 100 là u100 = 4100 – 1 = 499.
b) Cấp số nhân đã cho có số hạng đầu u1 = 2 và công bội là q = .
Số hạng thứ 5 là u5 = u1 . q5 – 1 = 2 . = .
Số hạng tổng quát là un = u1 . qn – 1 = 2 . .
Số hạng thứ 100 là u100 = 2 . = .
a) un = 5n;
b) un = 5n;
c) u1 = 1, un = nun – 1;
d) u1 = 1, un = 5un – 1.
Lời giải:
a) +) Năm số hạng đầu của dãy số là: u1 = 5 . 1 = 5;
u2 = 5 . 2 = 10;
u3 = 5 . 3 = 15;
u4 = 5 . 4 = 20;
u5 = 5 . 5 = 25;
+) Với mọi n ≥ 2 ta có luôn thay đổi.
Do đó, dãy số (un) không là cấp số nhân.
b) +) Năm số hạng đầu của dãy số là: u1 = 51 = 5;
u2 = 52 = 25;
u3 = 53 = 125;
u4 = 54 = 625;
u5 = 55 = 3 125;
+) Với mọi n ≥ 2 ta có
,
tức là un = 5un – 1 với mọi n ≥ 2.
Do đó, (un) là cấp số nhân với số hạng đầu u1 = 5, công bội q = 5 và số hạng tổng quát là un = u1 . qn – 1 = 5 . 5n – 1 = 51 + n – 1 = 5n.
c) +) Năm số hạng đầu của dãy số là: u1 = 1;
u2 = 2 . u1 = 2 . 1 = 2;
u3 = 3 . u2 = 3 . 2 = 6;
u4 = 4 . u3 = 4 . 6 = 24;
u5 = 5 . u4 = 5 . 24 = 120.
+) Ta có: un = nun – 1, suy ra luôn thay đổi với mọi n ≥ 2.
Vậy dãy số (un) không là cấp số nhân.
d) +) Năm số hạng đầu của dãy số là: u1 = 1;
u2 = 5 . u1 = 5 . 1 = 5;
u3 = 5 . u2 = 5 . 5 = 25;
u4 = 5 . u3 = 5 . 25 = 125;
u5 = 5 . u4 = 5 . 125 = 625.
+) Ta có: un = 5un – 1, suy ra với mọi n ≥ 2.
Vậy dãy số (un) là cấp số nhân với số hạng đầu u1 = 1, công bội q = 5 và có số hạng tổng quát un = u1 . qn – 1 = 1 . 5n – 1 = 5n – 1.
Lời giải:
Giả sử cấp số nhân có số hạng đầu u1 và công bội q. Khi đó theo bài ra ta có:
u6 = u1 . q6 – 1 = u1 . q5 = 96 và u3 = u1 . q3 – 1 = u1 . q2 = 12.
Do đó, ⇒ q = 2, thay vào u1 . q2 = 12 ta được
u1 . 22 = 12 ⇒ u1 = 3.
Vậy số hạng thứ 50 của cấp số nhân là u50 = u1 . q50 – 1 = 3 . 250 – 1 = 3 . 249.
Lời giải:
Cấp số nhân đã cho có số hạng đầu u1 = 5 và công bội q = 2.
Giả sử tổng của n số hạng đầu bằng 5 115.
Khi đó ta có: hay – 5(1 – 2n) = 5 115
⇔ 1 – 2n = – 1 023 ⇔ 2n = 1 024 ⇔ n = 10.
Vậy để có tổng bằng 5 115 thì phải lấy tổng của 10 số hạng đầu của cấp số nhân đã cho.
Lời giải:
Cứ sau mỗi năm sử dụng, giá trị của chiếc máy ủi giảm 20% so với giá trị của nó trong năm liền trước đó, tức là giá trị của chiếc máy ủi năm sau thì bằng 80% giá trị của chiếc máy ủi so với năm liền trước đó.
Giá trị của chiếc máy ủi sau 1 năm sử dụng là 3 . 0,8 = 2,4 (tỉ đồng).
Giá trị của chiếc máy ủi sau mỗi năm sử dụng lập thành một cấp số nhân với số hạng đầu u1 = 2,4 và công bội q = 0,8.
Vậy giá trị còn lại của chiếc máy ủi sau 5 năm sử dụng là
u5 = u1 . q5 – 1 = 2,4 . 0,84 = 0,98304 (tỉ đồng) = 983 040 000 (đồng).
Lời giải:
Giả sử dân số của quốc gia đó là N. Vì tốc độ tăng trưởng dân số là 0,91% nên sau một năm, số dân tăng thêm là 0,91% . N.
Vậy dân số của quốc gia đó vào năm sau là N + 0,91% . N = 100,91% . N = 1,0091N.
Như vậy, dân số của quốc gia đó sau mỗi năm lập thành một cấp số nhân với số hạng đầu u1 = N và công bội q = 1,0091.
Theo bài ra ta có: u1 = 97 ứng với năm 2020.
Ta có: 2030 – 2020 = 10.
Dân số của quốc gia đó vào năm 2030 chính là dân số của quốc gia sau 10 năm kể từ năm 2020, ứng với u11 và u11 = u1 . q11 – 1 = 97 . 1,009110 ≈ 106,2 (triệu người).
Vậy nếu tốc độ tăng trưởng dân số được giữ nguyên hằng năm thì dân số của quốc gia đó vào năm 2030 xấp xỉ khoảng 106,2 triệu người.
Lời giải:
Lượng thuốc (tính bằng mg) trong máu của bệnh nhân sau mỗi ngày dùng thuốc lập thành một cấp số nhân với số hạng đầu u1 = 50 và công bội q = .
Tổng lượng thuốc (tính bằng mg) trong máu của bệnh nhân sau khi dùng thuốc 10 ngày liên tiếp chính bằng tổng của 10 số hạng đầu của cấp số nhân trên và là
(mg).
Xem thêm các bài giải SGK Toán 11 Kết nối tri thức hay, chi tiết khác: