Числові послідовності

Прогресії описують два найпоширеніші способи, якими величина змінюється з кроком: або щоразу додається те саме число, або щоразу множиться на те саме число. Перший випадок — це рівномірне зростання (зарплата зростає на фіксовану суму), другий — відсоткове (вклад зростає на фіксований відсоток). На НМТ прогресії дають задачі і в явному вигляді, і замаскованими під сюжетні.

Що таке послідовність

Числова послідовність — це функція натурального аргументу: кожному номеру n=1,2,3,…n = 1, 2, 3, \dots відповідає член ana_n. Записують a1,a2,a3,…a_1, a_2, a_3, \dots, де ana_n — загальний член (член із номером nn).

Послідовність задають:

  • формулою загального члена — напряму, наприклад an=2n−1a_n = 2n - 1 (непарні числа);
  • рекурентно — через попередні члени, наприклад a1=1, an+1=an+3a_1 = 1,\ a_{n+1} = a_n + 3.

Різниця між цими способами практична: формула загального члена дозволяє одразу обчислити хоч сотий член, а рекурентна вимагає пройти всі попередні. Тому перший крок у більшості задач — перейти від рекурентного запису до явної формули.

Арифметична прогресія

Арифметична прогресія — послідовність, у якій кожен член, починаючи з другого, дорівнює попередньому плюс стала dd (різниця): an+1=an+da_{n+1} = a_n + d.

an=a1+(n−1)d,Sn=a1+an2⋅n.a_n = a_1 + (n-1)d, \qquad S_n = \dfrac{a_1 + a_n}{2}\cdot n.

Наприклад, для a1=2, d=3a_1 = 2,\ d = 3: члени 2,5,8,11,…2, 5, 8, 11, \dots, а a10=2+9⋅3=29a_{10} = 2 + 9\cdot3 = 29.

Зверни увагу на множник (n−1)(n-1), а не nn: щоб дійти від першого члена до nn-го, кроків потрібно на один менше, ніж самих членів. Це джерело найчастішої помилки теми.

Формулу суми теж легко зрозуміти: a1+an2\dfrac{a_1 + a_n}{2} — це середнє арифметичне першого й останнього членів, і воно дорівнює середньому значенню всієї прогресії. Тому сума — це «середній член, помножений на кількість членів».

Приклад 1 — член і сума арифметичної прогресії

В арифметичній прогресії a1=5a_1 = 5, d=4d = 4. Знайдемо a20a_{20} і суму перших 2020 членів.

  1. Двадцятий член: a20=a1+19d=5+19⋅4=5+76=81a_{20} = a_1 + 19d = 5 + 19\cdot4 = 5 + 76 = 81;
  2. сума: S20=a1+a202⋅20=5+812⋅20S_{20} = \dfrac{a_1 + a_{20}}{2}\cdot 20 = \dfrac{5 + 81}{2}\cdot 20;
  3. рахуємо: 862⋅20=43⋅20=860\dfrac{86}{2} \cdot 20 = 43 \cdot 20 = 860.

Відповідь: a20=81a_{20} = 81, S20=860S_{20} = 860.

Приклад 2 — знайти різницю за двома членами

В арифметичній прогресії a3=11a_3 = 11, a7=27a_7 = 27. Знайдемо dd і a1a_1.

  1. Від третього члена до сьомого — чотири кроки: a7=a3+4da_7 = a_3 + 4d;
  2. підставляємо: 27=11+4d27 = 11 + 4d, звідси 4d=164d = 16 і d=4d = 4;
  3. повертаємося до першого члена: a3=a1+2da_3 = a_1 + 2d, тобто 11=a1+811 = a_1 + 8;
  4. отже a1=3a_1 = 3.

Відповідь: d=4d = 4, a1=3a_1 = 3. Загальне правило: між членами з номерами mm і nn рівно (n−m)(n - m) кроків, тому an=am+(n−m)da_n = a_m + (n-m)d.

Геометрична прогресія

Геометрична прогресія — послідовність, у якій кожен член, починаючи з другого, дорівнює попередньому, помноженому на сталу q≠0q \ne 0 (знаменник): bn+1=bn⋅qb_{n+1} = b_n\cdot q.

bn=b1⋅q n−1.b_n = b_1\cdot q^{\,n-1}.

Наприклад, для b1=3, q=2b_1 = 3,\ q = 2: члени 3,6,12,24,…3, 6, 12, 24, \dots, а b5=3⋅24=48b_5 = 3\cdot2^4 = 48.

Показник степеня тут теж (n−1)(n-1) — з тієї самої причини, що й у арифметичній прогресії.

Порухай повзунки й простеж, як змінюються члени й графік:

Арифметична чи геометрична?

В арифметичній сусідні члени відрізняються на однакову різницю (додаємо dd), у геометричній — мають однакове відношення (множимо на qq).

Практична перевірка: обчисли різниці сусідніх членів і їхні відношення. Для послідовності 4,12,36,1084, 12, 36, 108 різниці (8,24,728, 24, 72) різні, а відношення однакові (всі по 33) — отже, прогресія геометрична з q=3q = 3.

Приклад 3 — геометрична прогресія

У геометричній прогресії b1=2b_1 = 2, b4=54b_4 = 54. Знайдемо знаменник і шостий член.

  1. За формулою b4=b1q3b_4 = b_1 q^3, тобто 54=2q354 = 2q^3;
  2. звідси q3=27q^3 = 27 і q=3q = 3;
  3. шостий член: b6=b1q5=2⋅35=2⋅243=486b_6 = b_1 q^5 = 2 \cdot 3^5 = 2 \cdot 243 = 486.

Відповідь: q=3q = 3, b6=486b_6 = 486.

Знак знаменника

Якщо q<0q < 0, члени геометричної прогресії чергують знак: для b1=1b_1 = 1, q=−2q = -2 дістаємо 1,−2,4,−8,…1, -2, 4, -8, \dots. Тому з рівняння на кшталт q2=9q^2 = 9 треба уважно обирати корінь: підходити можуть і 33, і −3-3, а розрізнити їх допоможе інший член прогресії.

Типові помилки

  • Беруть nn замість (n−1)(n-1). У формулах an=a1+(n−1)da_n = a_1 + (n-1)d і bn=b1qn−1b_n = b_1q^{n-1} показник на одиницю менший за номер.
  • Плутають різницю зі знаменником. Різницю dd додають, знаменник qq множать.
  • Множать суму на nn замість того, щоб брати півсуму. У формулі суми обов'язково є ділення на 22.
  • Забувають, що qq може бути від'ємним.
  • Плутають номер члена з його значенням. Питання «який номер має член, що дорівнює 4747» і «чому дорівнює 4747-й член» — різні.

Перевір себе

Завдання формату НМТ

Завдання в тому вигляді, як їх дають на національному мультипредметному тесті: вибір однієї відповіді з п’яти (А–Д), установлення відповідності та коротка відповідь десятковим дробом. Там, де є позначка «Прототип», задачу побудовано за типом реального завдання НМТ минулих років; числа в умові щоразу нові.

  • Різниця членів арифметичної прогресії

    Вибір А–Д · Прототип: НМТ 2024 · зошит 1 · №12 · Прототип: НМТ 2025 · зошит 1 · №12

  • Член прогресії через суми

    Вибір А–Д · Прототип: НМТ 2024 · зошит 2 · №12

  • Знаменник геометричної прогресії

    Коротка відповідь · Прототип: НМТ 2022 · №19

  • Сума арифметичної прогресії в сюжеті

    Коротка відповідь · Прототип: НМТ 2023 · зошит 2 · №19

  • Члени прогресії на проміжку

    Коротка відповідь · Прототип: НМТ 2023 · зошит 1 · №19

Приклади розв’язання завдань НМТ

Так розв’язують завдання формату НМТ із цієї теми — по одному прикладу на кожен формат: вибір відповіді, відповідність, коротка відповідь. У розділі «Завдання формату НМТ» числа щоразу нові, а тут кожен крок розписано.

  1. 1Різниця членів арифметичної прогресії
    Вибір А–Д
    Прототип: НМТ 2024 · зошит 1 · №12
    Прототип: НМТ 2025 · зошит 1 · №12
    В арифметичній прогресії (an) (a_n) відомо, що a5−a1=28. a_{5} - a_{1} = 28. Обчисліть значення виразу a6−a3. a_{6} - a_{3}.
    • А21
    • Б28
    • В84
    • Г7
    • Д-21
    am−an=(m−n)d.a_m - a_n = (m-n)d.
    Показати розв’язання
    1. 1
      4d=28⇒d=74d = 28 \Rightarrow d = 7
    2. 2
      a6−a3=3⋅7=21a_{6} - a_{3} = 3\cdot7 = 21
    Відповідь: А) 21 21
  2. 2Член прогресії через суми
    Вибір А–Д
    Прототип: НМТ 2024 · зошит 2 · №12
    Сума перших 6 членів геометричної прогресії (bn) (b_n) дорівнює −21 -21, а сума перших 5 її членів дорівнює 11. 11. Визначте b6. b_{6}.
    • А16
    • Б-10
    • В-3
    • Г32
    • Д-32
    Sn=Sn−1+bn.S_n = S_{n-1} + b_n.
    Показати розв’язання
    1. 1
      b6=S6−S5=−21−11=−32b_{6} = S_{6} - S_{5} = -21 - 11 = -32
    Відповідь: Д) −32 -32
  3. 3Знаменник геометричної прогресії
    Коротка відповідь
    Прототип: НМТ 2022 · №19
    У геометричній прогресії (bn) b3=0,8, b4=2. (b_n)\ b_{3} = 0{,}8,\ b_{4} = 2. Визначте знаменник цієї прогресії.
    q=bn+1bn.q = \dfrac{b_{n+1}}{b_n}.
    Показати розв’язання
    1. 1
      q=20,8=2,5q = \dfrac{2}{0{,}8} = 2{,}5
    Відповідь: 2,52{,}5