18.3 Ciąg arytmetyczny
Kartkówka
Grupa A
Zadanie 1 (2 pkt)
Ciąg ($a_n$) jest określony wzorem $a_n = 3n + 5$, gdzie $n \in N_+$.
a) Wykaż, że ciąg ($a_n$) jest arytmetyczny.
b) Wyznacz wyraz pierwszy i różnicę tego ciągu.
c) Podaj wzór rekurencyjny ciągu ($a_n$).
a) Wykazano, że ciąg ($a_n$) jest arytmetyczny, ponieważ różnica kolejnych wyrazów jest stała i wynosi $r = 3$.
b) Pierwszy wyraz ciągu wynosi $a_1 = 8$, a różnica ciągu wynosi $r = 3$.
c) Wzór rekurencyjny ciągu wynosi $\begin{cases} a_1 = 8 \\ a_{n+1} = a_n + 3 \quad \text{dla } n \ge 1 \end{cases}$.
a) Obliczenie różnicy kolejnych wyrazów ciągu:
Wyznaczamy wzór na wyraz $a_{n+1}$:\[ a_n = 3n + 5 \]\[ a_{n+1} = 3(n+1) + 5 \]\[ a_{n+1} = 3n + 3 + 5 \]\[ a_{n+1} = 3n + 8 \]Obliczamy różnicę $a_{n+1} - a_n$:\[ a_{n+1} - a_n = (3n + 8) - (3n + 5) \]\[ a_{n+1} - a_n = 3n + 8 - 3n - 5 \]\[ a_{n+1} - a_n = 3 \]Ponieważ różnica $a_{n+1} - a_n$ jest stała i wynosi $3$, ciąg jest arytmetyczny.
b) Wyznaczenie wyrazu pierwszego i różnicy:
Wyraz pierwszy $a_1$ obliczamy, podstawiając $n=1$ do wzoru ogólnego:\[ a_1 = 3 \cdot 1 + 5 \]\[ a_1 = 3 + 5 \]\[ a_1 = 8 \]Różnica ciągu $r$ została wyznaczona w podpunkcie a):\[ r = 3 \]c) Podanie wzoru rekurencyjnego:
Wzór rekurencyjny dla ciągu arytmetycznego to:\[ \begin{cases} a_1 \\ a_{n+1} = a_n + r \quad \text{dla } n \ge 1 \end{cases} \]Podstawiając $a_1 = 8$ i $r = 3$:\[ \begin{cases} a_1 = 8 \\ a_{n+1} = a_n + 3 \quad \text{dla } n \ge 1 \end{cases} \]
Zadanie 2 (3 pkt)
Dany jest ciąg $(a_n)$ określony wzorem $a_n = \frac{10-3n}{4}$, gdzie $n \in N_+$.
a) Wykaż, że ciąg $(a_n)$ jest ciągiem arytmetycznym.
b) Zbadaj monotoniczność tego ciągu.
c) Oblicz $a_{15} - a_8$.
a) Ciąg $(a_n)$ jest ciągiem arytmetycznym, ponieważ różnica kolejnych wyrazów $a_{n+1} - a_n$ wynosi $r = -\frac{3}{4}$.
b) Ciąg $(a_n)$ jest ciągiem malejącym, ponieważ jego różnica $r = -\frac{3}{4}$ jest mniejsza od zera.
c) Wartość $a_{15} - a_8$ wynosi $-\frac{21}{4}$.
a) Aby wykazać, że ciąg $(a_n)$ jest ciągiem arytmetycznym, należy sprawdzić, czy różnica $a_{n+1} - a_n$ jest stała.
Wzór na $a_n$ to:\[a_n = \frac{10-3n}{4}\]Wzór na $a_{n+1}$ to:\[a_{n+1} = \frac{10-3(n+1)}{4}\]Upraszczamy $a_{n+1}$:\[a_{n+1} = \frac{10-3n-3}{4}\]\[a_{n+1} = \frac{7-3n}{4}\]Obliczamy różnicę $a_{n+1} - a_n$:\[a_{n+1} - a_n = \frac{7-3n}{4} - \frac{10-3n}{4}\]\[a_{n+1} - a_n = \frac{(7-3n) - (10-3n)}{4}\]\[a_{n+1} - a_n = \frac{7-3n-10+3n}{4}\]\[a_{n+1} - a_n = \frac{-3}{4}\]Ponieważ różnica $a_{n+1} - a_n$ jest stałą wartością $-\frac{3}{4}$, ciąg $(a_n)$ jest ciągiem arytmetycznym o różnicy $r = -\frac{3}{4}$.
b) Monotoniczność ciągu arytmetycznego zależy od znaku różnicy $r$.
Obliczyliśmy, że $r = -\frac{3}{4}$.
Ponieważ $r < 0$:\[-\frac{3}{4} < 0\]Ciąg $(a_n)$ jest malejący.
c) Dla ciągu arytmetycznego różnica między dwoma wyrazami $a_k$ i $a_m$ jest dana wzorem:\[a_k - a_m = (k-m) \cdot r\]Podstawiamy wartości $k=15$, $m=8$ i $r=-\frac{3}{4}$:\[a_{15} - a_8 = (15-8) \cdot \left(-\frac{3}{4}\right)\]\[a_{15} - a_8 = 7 \cdot \left(-\frac{3}{4}\right)\]\[a_{15} - a_8 = -\frac{21}{4}\]
Zadanie 3 (3 pkt)
W nieskończonym ciągu arytmetycznym $(a_n)$ dane są: $a_1 = -3\frac{1}{2}$, $r = \frac{5}{2}$. Oblicz:
a) wyrazy $a_5$, $a_{12}$ oraz $a_{19}$
b) wyraz ogólny $a_n$
c) różnicę $a_{n+3} - a_n$
a) Wyrazy wynoszą $a_5 = \frac{13}{2}$, $a_{12} = 24$ oraz $a_{19} = \frac{83}{2}$.
b) Wyraz ogólny ciągu to $a_n = \frac{5}{2}n - 6$.
c) Różnica $a_{n+3} - a_n$ wynosi $\frac{15}{2}$.
a) Obliczenie wyrazów $a_5$, $a_{12}$ oraz $a_{19}$:
Dane: $a_1 = -3\frac{1}{2} = -\frac{7}{2}$, $r = \frac{5}{2}$.
Wzór na $n$-ty wyraz ciągu arytmetycznego:\[a_n = a_1 + (n-1)r\]Dla $a_5$:\[a_5 = a_1 + (5-1)r = a_1 + 4r\]\[a_5 = -\frac{7}{2} + 4 \cdot \frac{5}{2}\]\[a_5 = -\frac{7}{2} + \frac{20}{2}\]\[a_5 = \frac{13}{2}\]Dla $a_{12}$:\[a_{12} = a_1 + (12-1)r = a_1 + 11r\]\[a_{12} = -\frac{7}{2} + 11 \cdot \frac{5}{2}\]\[a_{12} = -\frac{7}{2} + \frac{55}{2}\]\[a_{12} = \frac{48}{2} = 24\]Dla $a_{19}$:\[a_{19} = a_1 + (19-1)r = a_1 + 18r\]\[a_{19} = -\frac{7}{2} + 18 \cdot \frac{5}{2}\]\[a_{19} = -\frac{7}{2} + \frac{90}{2}\]\[a_{19} = \frac{83}{2}\]b) Obliczenie wyrazu ogólnego $a_n$:
Wzór na $n$-ty wyraz ciągu arytmetycznego:\[a_n = a_1 + (n-1)r\]Podstawiamy dane wartości:\[a_n = -\frac{7}{2} + (n-1) \cdot \frac{5}{2}\]\[a_n = -\frac{7}{2} + \frac{5}{2}n - \frac{5}{2}\]\[a_n = \frac{5}{2}n - \frac{7}{2} - \frac{5}{2}\]\[a_n = \frac{5}{2}n - \frac{12}{2}\]\[a_n = \frac{5}{2}n - 6\]c) Obliczenie różnicy $a_{n+3} - a_n$:
Korzystamy z własności ciągu arytmetycznego, że $a_k - a_m = (k-m)r$.
W tym przypadku $k = n+3$ oraz $m = n$.\[a_{n+3} - a_n = ((n+3) - n)r\]\[a_{n+3} - a_n = 3r\]Podstawiamy wartość $r$:\[a_{n+3} - a_n = 3 \cdot \frac{5}{2}\]\[a_{n+3} - a_n = \frac{15}{2}\]
Zadanie 4 (5 pkt)
Ciąg $(a_n)$ jest określony wzorem $a_n = 3n^2 + 7n$, gdzie $n \in N_+$.
a) Wykaż, że ciąg $(a_n)$ nie jest ciągiem arytmetycznym.
b) Wyraz pierwszy oraz wyraz czwarty ciągu $(a_n)$ są odpowiednio równe trzeciemu i szóstemu wyrazowi pewnego nieskończonego ciągu arytmetycznego $(b_n)$. Wyznacz wyraz ogólny ciągu $(b_n)$.
a) Ciąg $(a_n)$ nie jest ciągiem arytmetycznym, ponieważ różnica $a_{n+1} - a_n = 6n + 10$ nie jest stała, lecz zależy od $n$.
b) Wyraz ogólny ciągu $(b_n)$ wynosi $b_n = 22n - 56$.
a) Aby wykazać, że ciąg $(a_n)$ nie jest ciągiem arytmetycznym, sprawdzamy, czy różnica kolejnych wyrazów $a_{n+1} - a_n$ jest stała.
Wzór na $a_n$ to:\[ a_n = 3n^2 + 7n \]Obliczamy $a_{n+1}$:\[ a_{n+1} = 3(n+1)^2 + 7(n+1) \]\[ a_{n+1} = 3(n^2 + 2n + 1) + 7n + 7 \]\[ a_{n+1} = 3n^2 + 6n + 3 + 7n + 7 \]\[ a_{n+1} = 3n^2 + 13n + 10 \]Obliczamy różnicę $a_{n+1} - a_n$:\[ a_{n+1} - a_n = (3n^2 + 13n + 10) - (3n^2 + 7n) \]\[ a_{n+1} - a_n = 3n^2 + 13n + 10 - 3n^2 - 7n \]\[ a_{n+1} - a_n = 6n + 10 \]Ponieważ różnica $a_{n+1} - a_n = 6n + 10$ zależy od $n$, ciąg $(a_n)$ nie jest ciągiem arytmetycznym.
b) Wyznaczamy wartości $a_1$ i $a_4$:\[ a_1 = 3(1)^2 + 7(1) = 3 \cdot 1 + 7 = 10 \]\[ a_4 = 3(4)^2 + 7(4) = 3 \cdot 16 + 28 = 48 + 28 = 76 \]Zgodnie z treścią zadania:\[ b_3 = a_1 = 10 \]\[ b_6 = a_4 = 76 \]Dla ciągu arytmetycznego $(b_n)$ o pierwszym wyrazie $b_1$ i różnicy $r$ zachodzi zależność:\[ b_k = b_j + (k-j)r \]Zatem:\[ b_6 = b_3 + (6-3)r \]\[ 76 = 10 + 3r \]\[ 66 = 3r \]\[ r = \frac{66}{3} \]\[ r = 22 \]Teraz obliczamy $b_1$ korzystając ze wzoru $b_3 = b_1 + 2r$:\[ 10 = b_1 + 2 \cdot 22 \]\[ 10 = b_1 + 44 \]\[ b_1 = 10 - 44 \]\[ b_1 = -34 \]Wzór ogólny na $n$-ty wyraz ciągu arytmetycznego to $b_n = b_1 + (n-1)r$.
Podstawiamy obliczone wartości $b_1 = -34$ i $r = 22$:\[ b_n = -34 + (n-1) \cdot 22 \]\[ b_n = -34 + 22n - 22 \]\[ b_n = 22n - 56 \]
Zadanie 5 (4 pkt)
Między liczby 80 i 20 wstaw dziewięć liczb tak, aby wraz z danymi liczbami tworzyły malejący ciąg arytmetyczny.
Wstawione liczby to $74, 68, 62, 56, 50, 44, 38, 32, 26$.
Przyjmujemy, że pierwszy wyraz ciągu arytmetycznego to $a_1 = 80$, a ostatni wyraz to $a_n = 20$. Pomiędzy tymi dwoma liczbami wstawiamy dziewięć liczb, co oznacza, że cały ciąg będzie miał $n = 1 + 9 + 1 = 11$ wyrazów. Zatem $a_{11} = 20$.Wzór na $n$-ty wyraz ciągu arytmetycznego to:\[ a_n = a_1 + (n-1) \cdot r \]Podstawiamy znane wartości:\[ 20 = 80 + (11-1) \cdot r \]\[ 20 = 80 + 10 \cdot r \]Odejmujemy 80 od obu stron równania:\[ 20 - 80 = 10 \cdot r \]\[ -60 = 10 \cdot r \]Dzielimy przez 10:\[ r = \frac{-60}{10} \]\[ r = -6 \]Teraz obliczamy kolejne wyrazy ciągu, aby znaleźć dziewięć wstawionych liczb:\[ a_2 = a_1 + r = 80 + (-6) = 74 \]\[ a_3 = a_2 + r = 74 + (-6) = 68 \]\[ a_4 = a_3 + r = 68 + (-6) = 62 \]\[ a_5 = a_4 + r = 62 + (-6) = 56 \]\[ a_6 = a_5 + r = 56 + (-6) = 50 \]\[ a_7 = a_6 + r = 50 + (-6) = 44 \]\[ a_8 = a_7 + r = 44 + (-6) = 38 \]\[ a_9 = a_8 + r = 38 + (-6) = 32 \]\[ a_{10} = a_9 + r = 32 + (-6) = 26 \]Wstawione liczby to $74, 68, 62, 56, 50, 44, 38, 32, 26$.
Grupa B
Zadanie 1 (2 pkt)
Ciąg ($a_n$) jest określony wzorem $a_n = -2n + 10$, gdzie $n \in N_+$.
a) Wykaż, że ciąg ($a_n$) jest arytmetyczny.
b) Wyznacz wyraz pierwszy i różnicę tego ciągu.
c) Podaj wzór rekurencyjny ciągu ($a_n$).
a) Wykazano, że ciąg ($a_n$) jest arytmetyczny, ponieważ różnica kolejnych wyrazów jest stała i wynosi $r = -2$.
b) Pierwszy wyraz ciągu wynosi $a_1 = 8$, a różnica ciągu wynosi $r = -2$.
c) Wzór rekurencyjny ciągu wynosi $\begin{cases} a_1 = 8 \\ a_{n+1} = a_n - 2 \quad \text{dla } n \ge 1 \end{cases}$.
Zadanie 2 (3 pkt)
Dany jest ciąg $(a_n)$ określony wzorem $a_n = \frac{12-7n}{5}$, gdzie $n \in N_+$.
a) Wykaż, że ciąg $(a_n)$ jest ciągiem arytmetycznym.
b) Zbadaj monotoniczność tego ciągu.
c) Oblicz $a_{20} - a_{10}$.
a) Ciąg $(a_n)$ jest ciągiem arytmetycznym, ponieważ różnica kolejnych wyrazów $a_{n+1} - a_n$ wynosi $r = -\frac{7}{5}$.
b) Ciąg $(a_n)$ jest ciągiem malejącym, ponieważ jego różnica $r = -\frac{7}{5}$ jest mniejsza od zera.
c) Wartość $a_{20} - a_{10}$ wynosi $-14$.
Zadanie 3 (3 pkt)
W nieskończonym ciągu arytmetycznym $(a_n)$ dane są: $a_1 = -1\frac{1}{4}$, $r = \frac{1}{4}$. Oblicz:
a) wyrazy $a_5$, $a_{12}$ oraz $a_{19}$
b) wyraz ogólny $a_n$
c) różnicę $a_{n+3} - a_n$
a) Wyrazy wynoszą $a_5 = -\frac{1}{4}$, $a_{12} = \frac{3}{2}$ oraz $a_{19} = \frac{13}{4}$.
b) Wyraz ogólny ciągu to $a_n = \frac{1}{4}n - \frac{3}{2}$.
c) Różnica $a_{n+3} - a_n$ wynosi $\frac{3}{4}$.
Zadanie 4 (5 pkt)
Ciąg $(a_n)$ jest określony wzorem $a_n = 4n^2 + 5n$, gdzie $n \in N_+$.
a) Wykaż, że ciąg $(a_n)$ nie jest ciągiem arytmetycznym.
b) Wyraz pierwszy oraz wyraz czwarty ciągu $(a_n)$ są odpowiednio równe trzeciemu i szóstemu wyrazowi pewnego nieskończonego ciągu arytmetycznego $(b_n)$. Wyznacz wyraz ogólny ciągu $(b_n)$.
a) Ciąg $(a_n)$ nie jest ciągiem arytmetycznym, ponieważ różnica $a_{n+1} - a_n = 8n + 9$ nie jest stała, lecz zależy od $n$.
b) Wyraz ogólny ciągu $(b_n)$ wynosi $b_n = 25n - 66$.
Zadanie 5 (4 pkt)
Między liczby 100 i 10 wstaw dziewięć liczb tak, aby wraz z danymi liczbami tworzyły malejący ciąg arytmetyczny.
Wstawione liczby to $91, 82, 73, 64, 55, 46, 37, 28, 19$.
