Математический тренер Сергей Куфтинов

Шпаргалка по арифметическим прогрессиям

Определение, основные формулы и восемь задач с короткими решениями. В конце — упражнения на суммы, которые пригодятся при подготовке к финансовой задаче № 13.

1. Что такое арифметическая прогрессия

Арифметическая прогрессия — последовательность, в которой каждый член, начиная со второго, получается прибавлением к предыдущему одного и того же числа d. Это число называют разностью прогрессии.

a_{n+1}=a_n+d.

Например, 3,\;7,\;11,\;15,\ldots — прогрессия с разностью d=4, а 20,\;17,\;14,\;11,\ldots — с разностью d=-3. При d=0 все члены равны.

Обозначения: a_1 — первый член, a_n — член с номером n, S_n — сумма первых n членов. Число n — натуральное.

2. Основные формулы арифметической прогрессии

Разность прогрессии

d=a_{n+1}-a_n.

Вычитаем предыдущий член из следующего.

Формула n-го члена

a_n=a_1+(n-1)d.

От первого члена до n-го — n-1 шагов.

Переход от одного члена к другому

a_n=a_m+(n-m)d.

Если известны два члена с разными номерами:

d=\frac{a_n-a_m}{n-m}.

Сумма первых n членов

S_n=\frac{a_1+a_n}{2}\cdot n.

Полусумма крайних членов, умноженная на число членов. Если последний член неизвестен:

S_n=\frac{2a_1+(n-1)d}{2}\cdot n.

Количество членов при d ≠ 0

n=\frac{a_n-a_1}{d}+1.

Между крайними членами на один промежуток меньше, чем самих членов. Результат должен быть натуральным.

Средний из трёх соседних членов

a_n=\frac{a_{n-1}+a_{n+1}}2,\quad n\ge2.

Например, в прогрессии 4, 10, 16 средний член равен (4+16)/2=10.

Если складываем только часть прогрессии: от члена с номером m до члена с номером n включительно будет n-m+1 слагаемых. В формулу суммы подставляем крайние члены именно этого участка.

3. Простые задачи с решениями

Задача 1. Найти разность и восьмой член

Условие. Дана арифметическая прогрессия 3,\;7,\;11,\ldots. Найдите d и a_8.

Решение.

d=7-3=4.

a_8=3+7\cdot4=31.

Ответ: d=4,\quad a_8=31.

Задача 2. Убывающая прогрессия

Условие. Первый член равен 20, разность равна −3. Найдите седьмой член.

Решение.

a_7=20+(7-1)\cdot(-3)=2.

Ответ: 2.

Задача 3. Сумма по крайним членам

Условие. В арифметической прогрессии a_1=5, a_{10}=32. Найдите сумму первых десяти членов.

Решение.

Разность искать не нужно: известны оба крайних члена и их количество.

S_{10}=\frac{5+32}{2}\cdot10=185.

Ответ: 185.

Задача 4. Известны два члена

Условие. В арифметической прогрессии a_3=12, a_8=32. Найдите разность и первый член.

Решение.

От третьего члена до восьмого — пять шагов. От первого до третьего — два.

d=\frac{32-12}{8-3}=4,

a_1=12-2\cdot4=4.

Ответ: d=4,\quad a_1=4.

4. Упражнения для подготовки к задаче 13

Потренируем четыре приёма: считать слагаемые, складывать убывающую прогрессию, группировать разности и выделять участки с разным шагом.

Задача 5. Сколько членов в убывающей сумме

Условие. Найдите количество слагаемых и сумму:

1000+950+900+\ldots+50.

Решение.

Первый член — 1000, последний — 50, разность — −50. Последний член входит в сумму.

n=\frac{50-1000}{-50}+1=20.

S_{20}=\frac{1000+50}{2}\cdot20=10500.

В сумме 950+900+\ldots+50+0 тоже 20 членов, но другие крайние члены. Её сумма равна (950+0)\cdot20/2=9500.

Ответ: 20 слагаемых; сумма 10 500.

Задача 6. Сумма разностей

Условие. Вычислите сумму 20 разностей. В каждой следующей скобке оба числа уменьшаются на 50:

(1{,}1\cdot1000-950)

+(1{,}1\cdot950-900)

+\ldots+(1{,}1\cdot50-0).

Решение.

Сумма разностей равна разности сумм. Собираем отдельно все уменьшаемые и все вычитаемые:

1{,}1(1000+950+\ldots+50)

-(950+900+\ldots+0).

Обе суммы нашли в предыдущей задаче:

1{,}1\cdot10500-9500=2050.

Можно проверить иначе: первая разность равна 150, последняя — 55. Сами разности образуют прогрессию с шагом −5:

\frac{150+55}{2}\cdot20=2050.

Ответ: 2050.

Задача 7. Прогрессия с неизвестным S

Условие. Даны две суммы по пять членов арифметических прогрессий:

A=S+0{,}8S+\ldots+0{,}2S,

B=0{,}8S+0{,}6S+\ldots+0.

Найдите S, если 1{,}12A-B=816.

Решение.

В каждой сумме пять членов. Складываем коэффициенты как арифметическую прогрессию:

A=\frac{S+0{,}2S}{2}\cdot5=3S,

B=\frac{0{,}8S+0}{2}\cdot5=2S.

Подставляем в равенство:

1{,}12\cdot3S-2S=816,

1{,}36S=816,\qquad S=600.

Ответ: 600.

Задача 8. Разный шаг — две прогрессии

Условие. Сначала числа уменьшаются на 50 от 1000 до 550 включительно, затем — на 100 от 500 до 100 включительно. Найдите сумму всех этих чисел:

(1000+950+\ldots+550)

+(500+400+\ldots+100).

Решение.

У всей последовательности нет постоянной разности. Складываем два участка отдельно.

На первом участке (1000-550)/50+1=10 членов:

S_1=\frac{1000+550}{2}\cdot10=7750.

На втором участке (500-100)/100+1=5 членов:

S_2=\frac{500+100}{2}\cdot5=1500.

S_1+S_2=7750+1500=9250.

Ответ: 9250.

5. Что проверить перед ответом

  • Постоянна ли разность? Убывание на одну и ту же сумму даёт арифметическую прогрессию. Убывание на один и тот же процент от текущего значения обычно её не даёт.
  • Верно ли число членов? От a_1 до a_n — n членов и n-1 шагов.
  • Те ли крайние члены взяты? Начальный член и ноль включаем, только если они входят в нужную сумму. Ноль не меняет сумму, но меняет число слагаемых.
  • Не меняется ли шаг? При смене разности суммируем участки отдельно, каждое число учитываем один раз.