Math ClubMath Club
v1 · padrão canônico

Lezione 17 — Progressioni aritmetiche (PA)

Sequenza con differenza costante. Termine generale, somma di termini (Gauss), applicazioni finanziarie e fisiche.

Used in: 1.º ano EM (15 anos) · Equiv. Math I japonês · Equiv. Klasse 10 alemã

an=a1+(n1)r,Sn=n(a1+an)2a_n = a_1 + (n-1)\,r, \qquad S_n = \frac{n\,(a_1 + a_n)}{2}
Choose your door

Rigorous notation, full derivation, hypotheses

Definição e fórmulas

Termo geral

an=a1+(n1)ra_n = a_1 + (n-1)\,r

Demonstrável por indução em nn. Equivalente a an=ap+(np)ra_n = a_p + (n-p)\,r para qualquer índice pp.

Soma dos nn primeiros termos

Sn=k=1nak=n(a1+an)2=n[2a1+(n1)r]2S_n = \sum_{k=1}^n a_k = \frac{n\,(a_1 + a_n)}{2} = \frac{n\,[\,2a_1 + (n-1)r\,]}{2}

Demonstração (Gauss criança, \sim1789): escreva SnS_n duas vezes — em ordem crescente e decrescente:

Sn=a1+a2++an1+anSn=an+an1++a2+a1\begin{aligned} S_n &= a_1 + a_2 + \ldots + a_{n-1} + a_n \\ S_n &= a_n + a_{n-1} + \ldots + a_2 + a_1 \end{aligned}

Somando termo a termo: 2Sn=n(a1+an)2 S_n = n\,(a_1 + a_n), pois cada par soma a1+ana_1 + a_n. ∎

Propriedades

  • Média aritmética: três termos consecutivos satisfazem an=(an1+an+1)/2a_n = (a_{n-1} + a_{n+1})/2.
  • Crescente se r>0r > 0, decrescente se r<0r < 0, constante se r=0r = 0.
  • Soma dos extremos = soma dos termos equidistantes: a1+an=a2+an1=a_1 + a_n = a_2 + a_{n-1} = \ldots.

Esempio numérico

PA com a1=5a_1 = 5, r=3r = 3: termos 5,8,11,14,17,5, 8, 11, 14, 17, \ldots

a20=5+193=62a_{20} = 5 + 19 \cdot 3 = 62. S20=20(5+62)/2=670S_{20} = 20 \cdot (5 + 62)/2 = 670.

Soma de potências (preview)

k=1nk=n(n+1)2,k=1nk2=n(n+1)(2n+1)6,k=1nk3=(n(n+1)2)2\sum_{k=1}^n k = \frac{n(n+1)}{2}, \quad \sum_{k=1}^n k^2 = \frac{n(n+1)(2n+1)}{6}, \quad \sum_{k=1}^n k^3 = \left(\frac{n(n+1)}{2}\right)^2

Esempi risolti

Cinco exemplos com dificuldade crescente — do termo geral direto à modelagem física com queda livre. Cada exemplo cita o livro aberto que originou o problema.

Exercise list

40 exercises · 10 with worked solution (25%)

Application 21Understanding 2Modeling 11Challenge 4Proof 2
  1. Ex. 17.1Application

    PA com a1=1a_1 = 1 e r=3r = 3. Calcola a10a_{10}.

  2. Ex. 17.2Application

    PA com a1=100a_1 = 100 e r=7r = -7. Calcola a15a_{15}.

  3. Ex. 17.3Application

    Em uma PA, a5=17a_5 = 17 e a10=32a_{10} = 32. Determina a1a_1 e rr.

  4. Ex. 17.4Application

    Em uma PA, a3=10a_3 = 10 e a8=35a_8 = 35. Determina o termo geral.

  5. Ex. 17.5Application

    Quantos termos tem a PA finita 5,8,11,,2005, 8, 11, \ldots, 200?

  6. Ex. 17.6Application

    A PA tem termo geral an=4n1a_n = 4n - 1. Quais são a1a_1 e rr?

  7. Ex. 17.7ApplicationAnswer key

    PA com a1=5a_1 = 5, an=95a_n = 95 e n=19n = 19. Calcola rr.

  8. Ex. 17.8ApplicationAnswer key

    Determina xx tal que 3x13x - 1, x+5x + 5, 2x+92x + 9 formem, nessa ordem, uma PA. (Use a propriedade da média.)

  9. Ex. 17.9Application

    Em uma PA, a2+a8=26a_2 + a_8 = 26 e a3=10a_3 = 10. Calcola a1a_1 e rr.

  10. Ex. 17.10ApplicationAnswer key

    Insira 4 meios aritméticos entre 3 e 18.

  11. Ex. 17.11ApplicationAnswer key

    Calcola 1+2+3++101 + 2 + 3 + \ldots + 10.

  12. Ex. 17.12Application

    Calcola 1+2+3++1001 + 2 + 3 + \ldots + 100 — o problema clássico de Gauss.

  13. Ex. 17.13Application

    Calcola a soma dos pares: 2+4+6++1002 + 4 + 6 + \ldots + 100.

  14. Ex. 17.14ApplicationAnswer key

    Calcola a soma dos ímpares: 1+3+5++991 + 3 + 5 + \ldots + 99.

  15. Ex. 17.15Application

    Calcola a soma dos 30 primeiros termos da PA 5,9,13,17,5, 9, 13, 17, \ldots

  16. Ex. 17.16Application

    Em uma PA, a1=4a_1 = 4 e a20=80a_{20} = 80. Calcola S20S_{20}.

  17. Ex. 17.17Application

    Calcola k=150(2k1)\sum_{k=1}^{50} (2k - 1).

  18. Ex. 17.18Application

    Quantos termos é necessário somar da PA 1,4,7,10,1, 4, 7, 10, \ldots para obter total 1000\geq 1\,000?

  19. Ex. 17.19Application

    Calcola a soma dos múltiplos de 3 entre 1 e 100.

  20. Ex. 17.20Application

    A soma dos nn primeiros termos de uma PA é Sn=3n2+nS_n = 3n^2 + n. Determina o termo geral ana_n.

  21. Ex. 17.21Modeling

    Você economiza R$ 50 no primeiro mês, R$ 60 no segundo, R$ 70 no terceiro, e assim por diante. Quanto economizou em 2 anos (24 meses)?

  22. Ex. 17.22Modeling

    Um teatro tem 20 fileiras: a primeira tem 25 lugares, e cada fileira seguinte tem 3 a mais. Quantos lugares no total?

  23. Ex. 17.23Modeling

    Em queda livre, a distância percorrida no nn-ésimo segundo é dn=g(2n1)/2d_n = g(2n-1)/2, com g9,81g \approx 9{,}81 m/s². Verifica que forma PA e calcule a distância total em 5 segundos.

  24. Ex. 17.24ModelingAnswer key

    Um relógio bate as horas: 1 batida à 1h, 2 às 2h, ..., 12 às 12h. Quantas batidas em 12 horas?

  25. Ex. 17.25Modeling

    Salário inicial R$ 3.500/mês com aumento anual fixo de R$ 300. Total acumulado (mensalidades somadas) em 10 anos?

  26. Ex. 17.26Modeling

    Uma estaca de prédio mede 0,5 m no primeiro nível, 1 m no segundo, 1,5 m no terceiro, etc. Quantos níveis para a soma total ser \geq 50 m?

  27. Ex. 17.27Modeling

    Inflação mensal: 0,5%0{,}5\%, 0,6%0{,}6\%, 0,7%0{,}7\%, ... Inflação acumulada em 12 meses (aproximação linear via PA).

  28. Ex. 17.28Modeling

    Soma dos números de 1 a 1.000. Use Gauss.

  29. Ex. 17.29Modeling

    Decomposição de tarefas: na primeira hora, 50 tarefas; cada hora seguinte rende 5 a menos por cansaço. Quantas tarefas em 8 h?

  30. Ex. 17.30ModelingAnswer key

    Em uma fileira de árvores plantadas a cada 5 m, quanta cerca para conectar 100 árvores em sequência?

  31. Ex. 17.31Proof

    Demonstre por indução que k=1nk=n(n+1)2\sum_{k=1}^n k = \dfrac{n(n+1)}{2}.

  32. Ex. 17.32Proof

    Demonstre por indução que se (an)(a_n) é PA com razão rr, então an=a1+(n1)ra_n = a_1 + (n-1)\,r.

  33. Ex. 17.33ChallengeAnswer key

    Encontre uma PA tal que a1+a5=12a_1 + a_5 = 12 e a2a4=30a_2 \cdot a_4 = 30.

  34. Ex. 17.34ChallengeAnswer key

    Mostra che numa PA com razão rr, ap+aq=am+ana_p + a_q = a_m + a_n sempre que p+q=m+np + q = m + n.

  35. Ex. 17.35Challenge

    Use a fórmula da soma para calcular 1+2+3++10000001 + 2 + 3 + \ldots + 1\,000\,000.

  36. Ex. 17.36Modeling

    Uma pirâmide tem nn tijolos no topo (1) e cresce 1 por nível até a base. Quantos tijolos no total se a base tem 60 fileiras?

  37. Ex. 17.37Application

    Calcola a soma dos primeiros 100 números ímpares.

  38. Ex. 17.38Understanding

    "Em toda PA, a sequência das diferenças an+1ana_{n+1} - a_n é constante." Verdadeira ou falsa?

  39. Ex. 17.39Understanding

    Em uma PA finita com 49 termos, qual é a posição do termo central?

  40. Ex. 17.40ChallengeAnswer key

    Em uma PA decrescente (r<0r < 0) com a1>0a_1 > 0, encontre o maior nn tal que Sn>0S_n > 0. Expresse em função de a1a_1 e rr.

Fontes

Apenas livros que alimentaram diretamente o texto e os exercícios.

  • OpenStax — College Algebra 2e — Jay Abramson et al. · 2022, 2.ª ed · EN · CC-BY 4.0 · §9.2 (Arithmetic Sequences), §9.4 (Series and Their Notations). Fonte primária dos exercícios e Esempios 1, 3 e 5.
  • Stitz–Zeager — Precalculus — Carl Stitz, Jeff Zeager · 2013, v3 · EN · CC-BY-NC-SA · §9.1–9.2 (Sequences and Summation Notation). Fonte do Esempio 2 e exercícios estruturais.
  • Hammack — Book of Proof — Richard Hammack · 2018, 3.ª ed · EN · livre · cap. 10 (Mathematical Induction). Fonte das demonstrações 17.31, 17.32, 17.34.
  • OpenStax — College Physics 2e — Paul Peter Urone et al. · 2022 · EN · CC-BY 4.0 · §2.7 (Falling Objects). Fonte do Esempio 5 e do exercício 17.23 (queda livre).
  • Wikilivros — Matemática elementar (Progressões aritméticas) — vivo · PT-BR · CC-BY-SA. Referência em português para insertion of arithmetic means e exercícios práticos.
  • Active Calculus — Matt Boelkins · 2024, ed. 2.0 · EN · CC-BY-NC-SA · §8.2 (Sequences) — leitura adicional para a Porta 25 e ponte com lição 19.

Updated on 2026-05-04 · Author(s): Clube da Matemática

Found an error? Open an issue on GitHub or submit a PR — open source forever.