Math ClubMath Club
v1 · padrão canônico

Урок 17 — Арифметические прогрессии (АП)

Последовательность с постоянной разностью. Общий член, сумма членов (Гаусс), приложения в финансах и физике.

Used in: 1.º год старшей школы (15 лет) · Эквив. Math I японский · Эквив. Klasse 10 немецкий

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

Определение и формулы

Общий член

an=a1+(n1)ra_n = a_1 + (n-1)\,r
(1)
what this means · Общий член АП. Между a₁ и aₙ ровно n−1 шагов длины r.

Доказывается по индукции на nn. Эквивалентно an=ap+(np)ra_n = a_p + (n-p)\,r для любого индекса pp.

"Арифметическая последовательность — это последовательность, в которой разность между любыми двумя последовательными членами постоянна." — OpenStax College Algebra 2e, §9.2

Сумма первых nn членов

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}
(2)
what this means · Сумма Гаусса. Каждая пара членов, равноудалённых от концов, в сумме дают a₁ + aₙ. С n/2 парами, полная сумма — n(a₁ + aₙ)/2.

Доказательство (Гаусс-ребёнок, \sim1789): запишите SnS_n дважды — в возрастающем и убывающем порядке:

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}

Складывая почленно: 2Sn=n(a1+an)2 S_n = n\,(a_1 + a_n), так как каждая пара даёт a1+ana_1 + a_n. ∎

Свойства

  • Средняя арифметическая: три последовательных члена удовлетворяют an=(an1+an+1)/2a_n = (a_{n-1} + a_{n+1})/2.
  • Возрастающая если r>0r > 0, убывающая если r<0r < 0, постоянная если r=0r = 0.
  • Сумма крайних членов = сумма равноудалённых членов: a1+an=a2+an1=a_1 + a_n = a_2 + a_{n-1} = \ldots

Сумма степеней (предварительный просмотр)

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

Решённые примеры

Exercise list

40 exercises · 10 with worked solution (25%)

Application 22Understanding 2Modeling 10Challenge 3Proof 3
  1. Ex. 17.1Application

    АП с a1=1a_1 = 1 и r=3r = 3. Найдите a10a_{10}.

  2. Ex. 17.2Application

    АП с a1=100a_1 = 100 и r=7r = -7. Найдите a15a_{15}.

  3. Ex. 17.3Application

    В АП a5=17a_5 = 17 и a10=32a_{10} = 32. Определите a1a_1 и rr.

  4. Ex. 17.4Application

    В АП a3=10a_3 = 10 и a8=35a_8 = 35. Определите общий член.

  5. Ex. 17.5Application

    Сколько членов в конечной АП 5,8,11,,2005, 8, 11, \ldots, 200?

  6. Ex. 17.6Application

    АП имеет общий член an=4n1a_n = 4n - 1. Чему равны a1a_1 и rr?

  7. Ex. 17.7ApplicationAnswer key

    АП с a1=5a_1 = 5, a19=95a_{19} = 95. Найдите rr.

  8. Ex. 17.8ApplicationAnswer key

    Определите xx так, чтобы 3x13x - 1, x+5x + 5, 2x+92x + 9 образовали в этом порядке АП.

  9. Ex. 17.9Application

    В АП a2+a8=26a_2 + a_8 = 26 и a3=10a_3 = 10. Найдите a1a_1 и rr.

  10. Ex. 17.10ApplicationAnswer key

    Вставьте 4 арифметических средних между 3 и 18.

  11. Ex. 17.11ApplicationAnswer key

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

  12. Ex. 17.12Application

    Вычислите 1+2+3++1001 + 2 + 3 + \ldots + 100 — классическая задача Гаусса.

  13. Ex. 17.13Application

    Вычислите сумму чётных: 2+4+6++1002 + 4 + 6 + \ldots + 100.

  14. Ex. 17.14ApplicationAnswer key

    Вычислите сумму нечётных: 1+3+5++991 + 3 + 5 + \ldots + 99.

  15. Ex. 17.15Application

    Вычислите сумму первых 30 членов АП 5,9,13,17,5, 9, 13, 17, \ldots

  16. Ex. 17.16Application

    В АП a1=4a_1 = 4 и a20=80a_{20} = 80. Вычислите S20S_{20}.

  17. Ex. 17.17Application

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

  18. Ex. 17.18Application

    Сколько членов АП 1,4,7,10,1, 4, 7, 10, \ldots в сумме дают 1000\geq 1\,000?

  19. Ex. 17.19Application

    Вычислите сумму кратных 3 между 1 и 100.

  20. Ex. 17.20Application

    Сумма первых nn членов АП — Sn=3n2+nS_n = 3n^2 + n. Определите общий член ana_n.

  21. Ex. 17.21Modeling

    Вы откладываете 50 реалов в первый месяц, 60 во второй, 70 в третий и так далее. Сколько отложили за 2 года (24 месяца)?

  22. Ex. 17.22Modeling

    Театр имеет 20 рядов: первый имеет 25 мест, каждый следующий ряд имеет 3 больше. Сколько мест всего?

  23. Ex. 17.23Modeling

    При свободном падении dn=g(2n1)/2d_n = g(2n-1)/2 с g9,81g \approx 9{,}81 м/с². Проверьте, что образует АП, и вычислите общее расстояние за 5 сек.

  24. Ex. 17.24ModelingAnswer key

    Часы бьют каждый час: 1 удар в 1ч, 2 в 2ч, ..., 12 в 12ч. Сколько ударов за 12 часов?

  25. Ex. 17.25Modeling

    Начальный оклад 3500 реалов/месяц с ежегодным повышением на 300 реалов. Вычислите общий накопленный доход (сумма ежемесячных платежей) за 10 лет.

  26. Ex. 17.26Modeling

    Свайный фундамент здания измеряет 0,5 м на первом уровне, 1 м на втором, 1,5 м на третьем и т.д. Сколько уровней для общей глубины \geq 50 м?

  27. Ex. 17.27Modeling

    Ежемесячная инфляция: 0,5%0{,}5\%, 0,6%0{,}6\%, 0,7%0{,}7\%, \ldots Вычислите совокупную инфляцию приблизительно (через линейную сумму АП) за 12 месяцев.

  28. Ex. 17.28Application

    Сумма чисел от 1 до 1000. Используйте Гаусса.

  29. Ex. 17.29Modeling

    В первый час 50 задач; каждый следующий час даёт на 5 меньше от усталости. Сколько задач за 8 часов?

  30. Ex. 17.30ModelingAnswer key

    Для подряда деревьев, посаженных через каждые 5 м, сколько забора нужно для соединения 100 деревьев в ряду?

  31. Ex. 17.31Proof

    Докажите по индукции, что k=1nk=n(n+1)2\sum_{k=1}^n k = \dfrac{n(n+1)}{2}.

  32. Ex. 17.32Proof

    Докажите по индукции, что если (an)(a_n) — АП с разностью rr, то an=a1+(n1)ra_n = a_1 + (n-1)\,r.

  33. Ex. 17.33ChallengeAnswer key

    Найдите АП из 5 членов такую, что a1+a5=12a_1 + a_5 = 12 и a2a4=30a_2 \cdot a_4 = 30.

  34. Ex. 17.34ProofAnswer key

    Покажите, что в АП ap+aq=am+ana_p + a_q = a_m + a_n всегда, когда p+q=m+np + q = m + n.

  35. Ex. 17.35Challenge

    Используйте формулу суммы для вычисления 1+2+3++10000001 + 2 + 3 + \ldots + 1\,000\,000.

  36. Ex. 17.36Modeling

    Пирамида имеет 1 кирпич на вершине и растёт на 1 по уровню до основания. Сколько кирпичей всего, если основание имеет 60 рядов?

  37. Ex. 17.37Application

    Вычислите сумму первых 100 нечётных чисел.

  38. Ex. 17.38Understanding

    "В каждой АП последовательность разностей an+1ana_{n+1} - a_n постоянна." Истина или ложь?

  39. Ex. 17.39Understanding

    В конечной АП с 49 членами, какова позиция центрального члена? Какая связь между центральным членом и суммой S49S_{49}?

  40. Ex. 17.40ChallengeAnswer key

    В убывающей АП (r<0r < 0) с a1>0a_1 > 0, найдите максимум nn такой что Sn>0S_n > 0. Выразите в функции a1a_1 и r|r|.

Источники

  • 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). Основной источник упражнений и примеров 1, 3 и 5.
  • Stitz–Zeager — Precalculus — Carl Stitz, Jeff Zeager · 2013, v3 · EN · CC-BY-NC-SA · §9.1–9.2 (Sequences and Summation Notation). Источник примера 2 и структурных упражнений.
  • Hammack — Book of Proof — Richard Hammack · 2018, 3.ª ed · EN · libre · cap. 10 (Mathematical Induction). Источник доказательств 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). Источник примера 5 и упражнения 17.23 (свободное падение).
  • Wikilivros — Matemática elementar (Progressões aritméticas) — vivo · PT-BR · CC-BY-SA. Справка на португальском для арифметических средних и практических упражнений.

Updated on 2026-05-11 · Author(s): Clube da Matemática

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