Szereg geometryczny — zadania maturalne: Szereg geometryczny suma wszystkich wyrazów
Dwa filary: warunek zbieżności |q| < 1 – sprawdzany zawsze, także dla wyniku z parametrem – i równanie sumy S = a₁/(1−q). Reszta to układ na (a₁, q) z danych albo nierówność na parametr.
10zadania maturalne
10z pełnym kluczem
ZADANIA
Zadania maturalne
Zanim zaczniesz: dwa filary. Warunek istnienia sumy: ∣q∣<1 (sprawdzany ZAWSZE, także dla wyniku z parametrem). Równanie sumy: S=1−qa1. Reszta to algebra – układ na (a1,q) z danych albo nierówność ∣q∣<1 na parametr.
Odruchy: najpierw ∣q∣<1, potem S=1−qa1; sumy wyrazów co drugi/„sześciany wyrazów” to nowy ciąg geometryczny o ilorazie q2 lub q3; wynik z parametrem zawsze przecinaj z warunkiem zbieżności.
Dany jest ciąg geometryczny (an) określony wzorem an=(2x−3711)n dla n≥1. Wszystkie wyrazy tego ciągu są dodatnie. Wyznacz najmniejszą liczbę całkowitą x, dla której nieskończony szereg a1+a2+a3+… jest zbieżny.
ZBIEŻNOŚĆ TO |q| < 1
Tu q=a1=2x−3711, więc warunek zbieżności jest nierównością na x.
KLUCZ
NAJDALSZY PRÓG · NIE SUMUJ
1
1 PKTPIERWSZY WYRAZ I ILORAZCiąg jest geometryczny o_pierwszym wyrazie równym ilorazowi:a1=q=2x−3711
2
2 PKTNAJMNIEJSZA LICZBA CAŁKOWITA — ODPOWIEDŹWszystkie wyrazy mają być dodatnie, więc 2x−371>0; szereg jest zbieżny, gdy dodatkowo q<1, czyli 2x−371>1. Stąd x>186:x=187Samo zapisanie wyniku 187 bez obliczeń i_komentarza to tylko 1 punkt.
Dany jest nieskończony ciąg geometryczny (an) określony dla n≥1, w którym iloraz jest równy pierwszemu wyrazowi, a suma wszystkich wyrazów tego ciągu jest równa 12. Oblicz pierwszy wyraz tego ciągu.
ILORAZ RÓWNY PIERWSZEMU WYRAZOWI
Podstaw a1=q do 1−qa1=12 — zostanie jedno równanie liniowe.
PRZYPIS · SPECYFIKA ZADAŃ KODOWANYCHOcenie podlegał wyłącznie trzycyfrowy kod — CKE nie publikowało dla tych zadań schematu krokowego ani punktów częściowych.
Suma wszystkich wyrazów nieskończonego ciągu geometrycznego (an), określonego dla n≥1, jest równa 2, a suma kwadratów wszystkich wyrazów tego ciągu jest równa 3. Oblicz iloraz ciągu (an).
KWADRATY TEŻ TWORZĄ SZEREG
Ciąg (an2) ma iloraz q2, więc dziel oba równania stronami.
KLUCZ
NAJDALSZY PRÓG · NIE SUMUJ
1
2 PKTWYNIK ZAKODOWANY — ODPOWIEDŹ⇒⇒1−qa1=2∧1−q2a12=37q2−8q+1=0q=71lubq=1q=1 odpada (szereg zbieżny wymaga ∣q∣<1), więc q=71=0,142857… — kodujesz cyfry 0, 1, 4.
!
0 PKTCKEZERO ZA CAŁE ZADANIEZadanie kodowane: 2 pkt za komplet trzech cyfr albo 0 pkt. Nie ma punktu za metodę — a nieodrzucone q=1 psuje kod.
Dany jest nieskończony ciąg geometryczny (an), określony dla każdej liczby naturalnej n≥1. Suma trzech początkowych wyrazów ciągu (an) jest równa 7, a suma S wszystkich wyrazów tego ciągu jest równa 8. Wyznacz wszystkie wartości n, dla których spełniona jest nierówność SnS−Sn<0,001 gdzie Sn oznacza sumę n początkowych wyrazów ciągu (an). Zapisz obliczenia.
RESZTA SZEREGU MA WŁASNY WZÓR
S−Sn=1−qa1qn — najpierw jednak wyznacz a1 i q z S3 i S.
KLUCZ
NAJDALSZY PRÓG · NIE SUMUJ
1
1 PKTZWIĄZEK SUMSuma trzech pierwszych wyrazów przez sumę całego szeregu:a1+a2+a3=S(1−q3)⟹7=8(1−q3)
2
2 PKTILORAZ CIĄGUStąd q=21.
3
3 PKTNIERÓWNOŚĆ Z JEDNĄ NIEWIADOMĄPonieważ 1−(21)n>0, moduł można opuścić:1−(21)n(21)n<0,001
W nieskończonym malejącym ciągu geometrycznym (an), określonym dla n≥1, jest spełniony warunek a3a5+a3=2529. Suma wszystkich wyrazów tego ciągu o numerach parzystych jest równa 6. Wyznacz wzór na n-ty wyraz ciągu (an).
PIERWSZY WARUNEK ODDAJE q² OD RĘKI
a3a5+a3=q2+1, a suma wyrazów parzystych to 1−q2a1q.
KLUCZ
NAJDALSZY PRÓG · NIE SUMUJ
1
1 PKTWARUNEK Z ILORAZEMZ_a3a5+a3=q2+1=2529 wynika q=±52.
2
2 PKTDRUGIE RÓWNANIESuma wyrazów o_numerach parzystych to szereg o_pierwszym wyrazie a1q i_ilorazie q2:1−q2a1q=6
3
3 PKTILORAZ ALBO PIERWSZY WYRAZCiąg jest malejący, więc q=52.
Dany jest nieskończony ciąg geometryczny (an), określony dla każdej liczby naturalnej n≥1, którego iloraz q jest równy pierwszemu wyrazowi i spełnia warunek ∣q∣<1. Stosunek sumy SN wszystkich wyrazów tego ciągu o numerach nieparzystych do sumy SP wszystkich wyrazów tego ciągu o numerach parzystych jest równy różnicy tych sum, tj. SPSN=SN−SP. Oblicz q.
PARZYSTE I NIEPARZYSTE TO DWA SZEREGI
Oba mają iloraz q2: SN=1−q2q oraz SP=1−q2q2.
KLUCZ
NAJDALSZY PRÓG · NIE SUMUJ
1
1 PKTOBIE SUMYSN=1−q2qSP=1−q2q2
2
2 PKTRÓWNANIE Z q1−q2q21−q2q=1−q2q−1−q2q2
3
3 PKTPOSTAĆ WIELOMIANOWAq1=1+qq⇒q2−q−1=0
4
4 PKTWYNIK Z ODRZUCENIEM — ODPOWIEDŹq=21−5 lub q=21+5; warunek ∣q∣<1 zostawia q=21−5.
Dany jest nieskończony szereg geometryczny 2x−x−16x+(x−1)218x−(x−1)354x+… Wyznacz wszystkie wartości zmiennej x (różnej od 0 i od 1), dla których suma tego szeregu istnieje i jest równa 215. Zapisz obliczenia.
ZBIEŻNOŚĆ JEST PUNKTOWANA OSOBNO
Iloraz to q=−x−13, więc ∣q∣<1 znaczy ∣x−1∣>3.
KLUCZ
NAJDALSZY PRÓG · NIE SUMUJ
1
1 PKTILORAZq=−x−13 (pierwszy wyraz a1=2x).
2
2 PKTPRZEDZIAŁ ZBIEŻNOŚCI ALBO RÓWNANIE−x−13<1⇔∣x−1∣>3 czyli x∈(−∞,−2)∪(4,+∞) — ALBO warunek ∣q∣<1 wraz z równaniem 1+x−132x=215.
3
3 PKTJEDNO I DRUGIE⇒S=x+22x(x−1)=2154x2−19x−30=0czyli x=−45 lub x=6.
4
4 PKTWYBÓR — ODPOWIEDŹ−45∈/(−∞,−2)∪(4,+∞) więc x=6.
!
MAX 2 PKTCKERozwiązanie zadania bez rozważenia warunku ∣q∣<1.
!
MAX 3 PKTCKEPoprawny warunek −x−13<1, ale błąd przy wyznaczaniu przedziału zbieżności.
Nieskończony ciąg geometryczny (an) jest określony dla każdej liczby naturalnej n≥1. Suma wszystkich wyrazów ciągu (an) o numerach nieparzystych jest równa 16, tj. a1+a3+a5+…=16. Ponadto a1+a3=25⋅a2. Wyznacz wzór ogólny na n-ty wyraz ciągu (an). Zapisz obliczenia.
NIEPARZYSTE MAJĄ ILORAZ q², NIE q
Podciąg a1,a3,a5,… sumuje się do 1−q2a1.
KLUCZ I · NAJPIERW ILORAZ
NAJDALSZY PRÓG · NIE SUMUJ
1
1 PKTWARUNEK NA TRZY WYRAZYa1+a1q2=25a1q
2
2 PKTILORAZY⇒a1(q2−25q+1)=02q2−5q+2=0czyli q=21 lub q=2 (przy a1=0).
3
3 PKTODRZUCENIE q=2 I RÓWNANIE NA a11−(21)2a1=16Dla q=2 warunek q2<1 nie jest spełniony, więc zostaje q=21.
4
4 PKTWZÓR OGÓLNY — ODPOWIEDŹa1=12 więc an=12⋅(21)n−1 (równoważnie an=24⋅(21)n).
!
MAX 3 PKTCKEZapisanie sumy wyrazów o numerach nieparzystych jako 1−qa1 i konsekwentne dokończenie → 3 punkty za całe rozwiązanie.
!
0 PKTCKEZERO ZA CAŁE ZADANIEMylenie ciągu geometrycznego z arytmetycznym.
an=12⋅(21)n−1
KLUCZ II · NAJPIERW SUMA · OSOBNA KOLEJNOŚĆ PROGÓW
Ciąg (an), określony dla każdej liczby naturalnej n≥1, jest geometryczny i zbieżny. W tym ciągu a1+a3=20 i a12+a32=328. Oblicz sumę wszystkich wyrazów tego ciągu. Rozważ wszystkie przypadki. Zapisz obliczenia.
„WSZYSTKIE PRZYPADKI” = DWIE ODPOWIEDZI
Z układu wyjdą cztery ilorazy — dwa odrzucasz przez rozbieżność, dwa dają różne sumy.
KLUCZ
NAJDALSZY PRÓG · NIE SUMUJ
1
1 PKTRÓWNANIE Z JEDNĄ NIEWIADOMĄa12+(20−a1)2=328 — ALBO(20−a3)2+a32=328 — ALBO(q2+1)2400(1+q4)=328 — ALBO (przez a2) a22=36 albo 202−2a22=328.
2
2 PKTWYRAZ ALBO KWADRAT ILORAZUa1=2 oraz a1=18 — ALBOa3=18 oraz a3=2 — ALBOq2=9 oraz q2=91 — ALBO alternatywa −q6−6q=20 lub q6+6q=20, albo q236+36q2=328.
3
3 PKTPARA (a1,q)(18,31)(18,−31), (2,3), (2,−3) — ALBO jedna para dająca szereg zbieżny wraz z policzoną sumą, np. (18,31) i S=27.
4
4 PKTOBIE SUMY — ODPOWIEDŹDla a1=2 jest q2=9, więc q=±3 i ciąg jest rozbieżny — te przypadki odpadają. Dla a1=18 jest q=±31 i ∣q∣<1, więc S=1−3118=27 oraz S=1+3118=227.
+
ODRZUCENIE BEZ KOMENTARZA TU NIE SZKODZIKlucz mówi wprost: jeśli odrzucisz q=3 i q=−3 (albo parę (a1,a3)=(2,18)) bez komentarza, nadal możesz dostać 4 punkty. To rzadki przypadek łagodności.
!
MAX 3 PKTCKENieodrzucenie q=±3 i policzenie dla nich sumy szeregu.
!
CKEZGADYWANIE PRAWIE NIE PUNKTUJEOdgadnięcie (a1,a3)=(18,2) i policzenie obu sum poprawnie → tylko 1 punkt. Odgadnięcie obu par bez poprawnych sum (albo z sumą dla ∣q∣≥1) → 0 punktów.
Nieskończony ciąg geometryczny (an) jest określony dla każdej liczby naturalnej n≥1. Suma wszystkich wyrazów tego ciągu jest równa 14. Suma sześcianów wszystkich wyrazów ciągu (an) jest równa 392.
Wyznacz wzór ogólny na n-ty wyraz ciągu (an). Zapisz obliczenia.
SZEŚCIANY TEŻ TWORZĄ SZEREG
Ciąg (an3) ma iloraz q3, więc masz dwa równania na a1 i q.
KLUCZ
NAJDALSZY PRÓG · NIE SUMUJ
1
1 PKTZWIĄZEK a1 Z q1−qa1=14∧∣q∣<1 stąd a1=14(1−q) — ALBO zapisanie układu 1−qa1=14 oraz 1−q3a13=392.
2
2 PKTRÓWNANIE Z JEDNĄ NIEWIADOMĄ1−q3[14(1−q)]3=392 — albo równanie z niewiadomą a1: 1−(1−14a1)3a13=392.
3
3 PKTROZWIĄZANIE RÓWNANIA⇒(1−q)(1+q+q2)7(1−q)3=17(1−q)2=1+q+q2 czyli 6q2−15q+6=0 i q=21∨q=2.
4
4 PKTWZÓR OGÓLNY — ODPOWIEDŹWarunek ∣q∣<1 odrzuca q=2, więc q=21 i a1=14(1−21)=7. Zatem an=7⋅(21)n−1 (równoważnie an=14⋅(21)n).
!
0 PKTCKEZERO ZA CAŁE ZADANIEZapisanie sumy wszystkich wyrazów szeregu jako sumy n początkowych wyrazów i oparcie na tym rozwiązania → 0 punktów za całe zadanie.
!
MAX 2 PKTCKEJeśli przez błąd rachunkowy wyjdzie równanie na q, które nie ma żadnego rozwiązania spełniającego ∣q∣<1 → najwyżej 2 punkty za całość.