18.5 Ciąg geometryczny
Kartkówka
Grupa A
Zadanie 1 (2 pkt)
Wyznacz wyraz ogólny ciągu geometrycznego, określonego wzorem rekurencyjnym:
$$\begin{cases} a_1 = 3 \\ a_{n+1} = -3a_n, n \ge 1 \end{cases}$$
Wyraz ogólny ciągu geometrycznego wynosi $a_n = 3 \cdot (-3)^{n-1}$.
Wzór ogólny ciągu geometrycznego ma postać:\[ a_n = a_1 \cdot q^{n-1} \]Z podanego wzoru rekurencyjnego $a_{n+1} = -3a_n$ możemy wyznaczyć iloraz ciągu $q$:\[ q = \frac{a_{n+1}}{a_n} \]\[ q = -3 \]Pierwszy wyraz ciągu jest dany:\[ a_1 = 3 \]Podstawiamy wartości $a_1$ i $q$ do wzoru na wyraz ogólny:\[ a_n = 3 \cdot (-3)^{n-1} \]
Zadanie 2 (4 pkt)
Wyznacz pierwszy wyraz ciągu geometrycznego $(a_n)$, wiedząc, że:
a) $a_5 = \frac{16}{81}$, $q = -\frac{2}{3}$
b) $a_3 = 2+\sqrt{3}$, $q = \sqrt{3}+1$
a) Pierwszy wyraz ciągu wynosi $a_1 = 1$.
b) Pierwszy wyraz ciągu wynosi $a_1 = \frac{1}{2}$.
a) Obliczenie pierwszego wyrazu ciągu geometrycznego:
Wzór na n-ty wyraz ciągu geometrycznego to:\[ a_n = a_1 \cdot q^{n-1} \]Przekształcamy wzór, aby wyznaczyć $a_1$:\[ a_1 = \frac{a_n}{q^{n-1}} \]Dla podpunktu a) mamy $a_5 = \frac{16}{81}$ oraz $q = -\frac{2}{3}$. Podstawiamy wartości:\[ a_1 = \frac{a_5}{q^{5-1}} = \frac{a_5}{q^4} \]\[ a_1 = \frac{\frac{16}{81}}{\left(-\frac{2}{3}\right)^4} \]Obliczamy mianownik:\[ \left(-\frac{2}{3}\right)^4 = \frac{2^4}{3^4} = \frac{16}{81} \]Podstawiamy z powrotem do wzoru na $a_1$:\[ a_1 = \frac{\frac{16}{81}}{\frac{16}{81}} \]\[ a_1 = 1 \]b) Obliczenie pierwszego wyrazu ciągu geometrycznego:
Wzór na n-ty wyraz ciągu geometrycznego to:\[ a_n = a_1 \cdot q^{n-1} \]Przekształcamy wzór, aby wyznaczyć $a_1$:\[ a_1 = \frac{a_n}{q^{n-1}} \]Dla podpunktu b) mamy $a_3 = 2+\sqrt{3}$ oraz $q = \sqrt{3}+1$. Podstawiamy wartości:\[ a_1 = \frac{a_3}{q^{3-1}} = \frac{a_3}{q^2} \]Najpierw obliczamy $q^2$:\[ q^2 = (\sqrt{3}+1)^2 \]Korzystamy ze wzoru skróconego mnożenia $(A+B)^2 = A^2 + 2AB + B^2$:\[ q^2 = (\sqrt{3})^2 + 2 \cdot \sqrt{3} \cdot 1 + 1^2 \]\[ q^2 = 3 + 2\sqrt{3} + 1 \]\[ q^2 = 4+2\sqrt{3} \]Teraz podstawiamy $a_3$ i $q^2$ do wzoru na $a_1$:\[ a_1 = \frac{2+\sqrt{3}}{4+2\sqrt{3}} \]Wyłączamy wspólny czynnik 2 z mianownika:\[ a_1 = \frac{2+\sqrt{3}}{2(2+\sqrt{3})} \]Skracamy wyrażenie $(2+\sqrt{3})$ z licznika i mianownika:\[ a_1 = \frac{1}{2} \]
Zadanie 3 (3 pkt)
Piłka po każdym odbiciu od podłoża osiąga wysokość równą $\frac{1}{2}$ wysokości poprzedniego odbicia. Jeśli po piątym odbiciu wzniosła się na wysokość $16$ cm, to jaką wysokość osiągnęła po pierwszym odbiciu?
Piłka osiągnęła wysokość $h_1 = 256 \ \text{cm}$ po pierwszym odbiciu.
Uznajmy, że $h_n$ to wysokość osiągnięta po $n$-tym odbiciu. Zgodnie z treścią zadania, $h_n = \frac{1}{2} h_{n-1}$. Możemy zapisać to jako ciąg geometryczny: $h_n = h_1 \cdot \left(\frac{1}{2}\right)^{n-1}$.
Mamy dane, że po piątym odbiciu wysokość wynosi $16 \ \text{cm}$, czyli $h_5 = 16$.
Wzór na n-ty wyraz ciągu geometrycznego:\[ h_n = h_1 \cdot q^{n-1} \]Podstawiamy dane:\[ h_5 = h_1 \cdot \left(\frac{1}{2}\right)^{5-1} \]\[ 16 = h_1 \cdot \left(\frac{1}{2}\right)^4 \]Obliczamy $\left(\frac{1}{2}\right)^4$:\[ \left(\frac{1}{2}\right)^4 = \frac{1^4}{2^4} = \frac{1}{16} \]Podstawiamy z powrotem do równania:\[ 16 = h_1 \cdot \frac{1}{16} \]Rozwiązujemy dla $h_1$:\[ h_1 = 16 \cdot 16 \]\[ h_1 = 256 \]Ostateczny wynik:\[ h_1 = 256 \ \text{cm} \]
Zadanie 4 (3 pkt)
Wyznacz iloraz ciągu geometrycznego $(a_n)$, wiedząc, że:
a) $a_1 = -2$ oraz $a_4 = 54$
b) $a_3 = 8$ oraz $a_5 = 2$
a) Iloraz ciągu geometrycznego wynosi $q = -3$.
b) Iloraz ciągu geometrycznego wynosi $q = \frac{1}{2}$ lub $q = -\frac{1}{2}$.
a) Obliczenie ilorazu $q$ na podstawie $a_1$ i $a_4$:
Ogólny wzór na n-ty wyraz ciągu geometrycznego to $a_n = a_1 \cdot q^{n-1}$.
Podstawiając $n=4$, otrzymujemy:\[ a_4 = a_1 \cdot q^{4-1} = a_1 \cdot q^3 \]Dane: $a_1 = -2$ oraz $a_4 = 54$.
Podstawiamy wartości do wzoru:\[ 54 = -2 \cdot q^3 \]Wyznaczamy $q^3$:\[ q^3 = \frac{54}{-2} \]\[ q^3 = -27 \]Obliczamy $q$ poprzez spierwiastkowanie sześcienne obu stron:\[ q = \sqrt[3]{-27} \]\[ q = -3 \]b) Obliczenie ilorazu $q$ na podstawie $a_3$ i $a_5$:
Ogólny wzór na n-ty wyraz ciągu geometrycznego w zależności od k-tego wyrazu to $a_n = a_k \cdot q^{n-k}$.
Podstawiając $n=5$ i $k=3$, otrzymujemy:\[ a_5 = a_3 \cdot q^{5-3} = a_3 \cdot q^2 \]Dane: $a_3 = 8$ oraz $a_5 = 2$.
Podstawiamy wartości do wzoru:\[ 2 = 8 \cdot q^2 \]Wyznaczamy $q^2$:\[ q^2 = \frac{2}{8} \]\[ q^2 = \frac{1}{4} \]Obliczamy $q$ poprzez spierwiastkowanie kwadratowe obu stron:\[ q = \sqrt{\frac{1}{4}} \]\[ q = \pm \frac{1}{2} \]
Zadanie 5 (3 pkt)
Ciąg ($a_n$) jest skończonym ciągiem geometrycznym, w którym $a_1 = 4$, $q = 2$, a ostatni wyraz jest równy 128. Ile wyrazów ma ten ciąg?
Ciąg ma $n = 6$ wyrazów.
Wzór na $n$-ty wyraz ciągu geometrycznego to:\[ a_n = a_1 \cdot q^{n-1} \]Podstawiamy dane wartości: $a_n = 128$, $a_1 = 4$, $q = 2$:\[ 128 = 4 \cdot 2^{n-1} \]Dzielimy obie strony przez $4$:\[ \frac{128}{4} = 2^{n-1} \]\[ 32 = 2^{n-1} \]Wiemy, że $32$ można zapisać jako potęgę liczby $2$:\[ 32 = 2^5 \]Zatem:\[ 2^5 = 2^{n-1} \]Porównujemy wykładniki potęg:\[ 5 = n-1 \]Rozwiązujemy równanie dla $n$:\[ n = 5+1 \]\[ n = 6 \]Ciąg ma $6$ wyrazów.
Grupa B
Zadanie 1 (2 pkt)
Wyznacz wyraz ogólny ciągu geometrycznego, określonego wzorem rekurencyjnym:
$$\begin{cases} a_1 = 10 \\ a_{n+1} = \frac{a_n}{5}, n \ge 1 \end{cases}$$
Wyraz ogólny ciągu geometrycznego wynosi $a_n = 10 \cdot \left(\frac{1}{5}\right)^{n-1}$.
Zadanie 2 (4 pkt)
Wyznacz pierwszy wyraz ciągu geometrycznego $(a_n)$, wiedząc, że:
a) $a_7 = \frac{128}{729}$, $q = -\frac{2}{3}$
b) $a_4 = 8-4\sqrt{3}$, $q = \sqrt{3}-1$
a) Pierwszy wyraz ciągu wynosi $a_1 = 2$.
b) Pierwszy wyraz ciągu wynosi $a_1 = \sqrt{3}+1$.
Zadanie 3 (3 pkt)
Piłka po każdym odbiciu od podłoża osiąga wysokość równą $\frac{3}{4}$ wysokości poprzedniego odbicia. Jeśli po czwartym odbiciu wzniosła się na wysokość $81$ cm, to jaką wysokość osiągnęła po pierwszym odbiciu?
Piłka osiągnęła wysokość $h_1 = 192 \ \text{cm}$ po pierwszym odbiciu.
Zadanie 4 (3 pkt)
Wyznacz iloraz ciągu geometrycznego $(a_n)$, wiedząc, że:
a) $a_1 = 0,5$ oraz $a_4 = 4$
b) $a_3 = 27$ oraz $a_5 = 3$
a) Iloraz ciągu geometrycznego wynosi $q = 2$.
b) Iloraz ciągu geometrycznego wynosi $q = \frac{1}{3}$ lub $q = -\frac{1}{3}$.
Zadanie 5 (3 pkt)
Ciąg ($a_n$) jest skończonym ciągiem geometrycznym, w którym $a_1 = 5$, $q = -2$, a ostatni wyraz jest równy 80. Ile wyrazów ma ten ciąg?
Ciąg ma $n = 5$ wyrazów.
