Tailieumoi.vn xin giới thiệu đến các quý thầy cô, các em học sinh đang trong quá trình ôn tập bộ tài liệu về Cấp số cộng, tài liệu bao gồm có đầy đủ lý thuyết, tính chất, công thức tính tổng cấp số cộng và các dạng bài tập về cấp số cộng, giúp các em học sinh có thêm tài liệu tham khảo trong quá trình ôn tập, củng cố kiến thức và chuẩn bị cho kì thi môn Toán sắp tới. Chúc các em học sinh ôn tập thật hiệu quả và đạt được kết quả như mong đợi.
Cấp số cộng là gì? Công thức tính Cấp số cộng và bài tập ví dụ
1. Định nghĩa Cấp số cộng
Dãy số là một cấp số cộng nếu với mọi , là hằng số.
được gọi là công sai.
* : CSC là một dãy số không đổi.
Ví dụ:
Dãy số là một cấp số cộng vì:
Đây là CSC có công sai và số hạng đầu .
2. Số hạng tổng quát của Cấp số cộng
Kí hiệu: . ( n là số tự nhiên bất kì lớn hơn 1)
Như vậy công sai còn có thể tính bởi công thức: .
Ví dụ:
Cho CSC biết . Tìm .
Ta có:
3. Tính chất của Cấp số cộng
với hay
Ví dụ:
Cho ba số theo thứ đó lập thành một CSC. Tìm
Ta có: .
Vậy .
4. Tổng n số hạng đầu của Cấp số cộng
+) Thông qua số hạng đầu, cuối và số số hạng: , với
+) Thông qua số hạng đầu, số số hạng và công sai:
Ví dụ:
Cho CSC thỏa mãn . Tính
Ta có:
5. Các dạng bài tập về Cấp số cộng và ví dụ minh họa
Dạng 1. Xác định cấp số cộng và các yếu tố của cấp số cộng
Phương pháp giải:
- Dãy số (un) là một cấp số cộng khi và chỉ khi un + 1 – un = d không phụ thuộc vào n và d là công sai của cấp số cộng đó.
- Để xác định một cấp số cộng, ta cần xác định số hạng đầu và công sai. Ta thiết lập một hệ phương trình hai ẩn u1 và d. Tìm u1 và d.
- Tìm số hạng thứ n dựa vào công thức tổng quát: un = u1 + (n – 1)d hoặc công thức truy hồi un = un - 1 + d.
Ví dụ minh họa:
Ví dụ 1: Cho các dãy số sau, dãy số nào là cấp số cộng. Nếu là cấp số cộng hãy xác định số hạng đầu tiên và công sai:
a) – 2; 1; 4; 7; 10; 13; 16; 19.
b) 2; 4; 6; 10; 12; 14; 16; 18; 20.
c) Dãy số (an), với an = 4n – 3.
Lời giải
a) Ta thấy 1 – (– 2) = 4 – 1 = 7 – 4 = 10 – 7 = 13 – 10 = 16 – 13 = 19 – 16 = 3
Nên dãy số – 2; 1; 4; 7; 10; 13; 16; 19 là cấp số cộng.
Số hạng đầu tiên của cấp số cộng là u1 = – 2, công sai là d = 3.
b) Ta thấy: 4 – 2 = 2 nhưng 10 – 6 = 4
Nên dãy số 2; 4; 6; 10; 12; 14; 16; 18; 20 không là cấp số cộng.
c) Ta có: an = 4n – 3 thì an+1 = 4(n + 1) – 3.
Xét an+1 – an = 4(n + 1) – 3 – (4n – 3) = 4 (không đổi)
Vậy dãy số (an) với an = 4n – 3 là cấp số cộng.
Số hạng đầu tiên của cấp số cộng là a1 = 4.1 – 3 = 1, công sai là d = 4.
Ví dụ 2: Cho cấp số cộng (un) thỏa mãn:
a) Xác định công sai và hạng đầu tiên của cấp số cộng trên.
b) Xác định công thức tổng quát của cấp số cộng trên.
c) Tìm số hạng thứ 15 của cấp số cộng trên.
d) Số 6061 là số hạng thứ bao nhiêu của cấp số cộng.
Lời giải
Gọi cấp số cộng có số hạng đầu tiên là u1 và công sai d
Số hạng tổng quát của (un) là un = u1 + (n – 1)d
Ta có:
Vậy u1 = 1 và d = 3.
b) Số hạng tổng quát là: un = 1 + (n – 1).3 hay un = 3n – 2 với n ∈ ℕ∗.
c) Số hạng thứ 15 của cấp số cộng: u15 = 3.15 – 2 = 43.
d) Giả sử số hạng thứ k của cấp số cộng là uk = 6061, ta có: uk = 3k – 2 = 6061, suy ra k = 2021.
Vậy số 6061 là số hạng thứ 2021 của cấp số cộng.
Dạng 2. Tìm điều kiện để dãy số lập thành cấp số cộng. Chứng minh cấp số cộng
Phương pháp giải:
Sử dụng tính chất: Ba số hạng uk-1; uk; uk+1 là ba số hạng liên tiếp của cấp số cộng khi và chỉ khi .
Ví dụ minh họa:
Ví dụ 1:
a) Tìm x biết: x2 + 1, x – 2, 1 – 3x lập thành cấp số cộng.
b) Cho cấp số cộng – 2, x, 6, y. Tính giá trị của biểu thức P = x2 + y2.
Lời giải
a) Ta có: x2 + 1, x – 2, 1 – 3x lập thành cấp số cộng
Vậy x = 2, x = 3 là những giá trị cần tìm.
b) Theo tính chất của cấp số cộng, ta có .
Vậy P = x2 + y2 = 22 + 102 = 104.
Ví dụ 2: Chứng minh rằng:
a) Nếu ba số a, b, c lập thành một cấp số cộng thì ba số x, y, z cũng lập thành một cấp số cộng, với: x = a2 – bc, y = b2 – ca, z = c2 – ab.
b) Nếu phương trình x3 – ax2 + bx – c = 0 có ba nghiệm lập thành cấp số cộng thì 9ab = 2a3 + 27c.
Lời giải
a) a, b, c là cấp số cộng nên a + c = 2b
Cần chứng minh x, y, z cũng lập thành một cấp số cộng tức là x + z = 2y.
Ta có 2y = 2b2 – 2ca
Và x + z = a2 + c2 - b(a + c)
= (a + c)2 – 2ac – 2b2
= 4b2 – 2ac – 2b2
= 2b2 – 2ac = 2y
Khi đó ta được:
Vậy ta có điều phải chứng minh.
b) Giả sử phương trình có ba nghiệm x1, x2, x3 lập thành cấp số cộng khi đó: x1 + x3 = 2x2 (1)
Mặt khác: x3 – ax2 + bx – c = (x – x1)(x – x2)(x – x3)
= x3 – (x1 + x2 + x3)x2 + (x1 x2 + x2 x3 + x3 x1)x – x1 x2 x3
Suy ra x1 + x2 + x3 = a (2)
Từ (1) và (2), ta được
Vì phương trình đã cho có nghiệm , tức là:
Vậy ta có điều phải chứng minh.
Dạng 3. Tính tổng của một cấp số cộng
Phương pháp giải:
Tổng n số hạng đầu tiên Sn được xác định bởi công thức:
Ví dụ minh họa:
Ví dụ 1: Cho cấp số cộng (un)
a) (un) có số hạng tổng quát là: un = 7n – 3. Tính S100.
b) (un) có u2 + u22 = 40. Tính S23.
c) (un) có u4 + u8 + u12 + u16 = 224. Tính S19.
Lời giải
a) Từ công thức số hạng tổng quát
Ta có:
Số hạng đầu: u1 = 7 . 1 – 3 = 4;
Số hạng thứ hai là : u2 = 7 . 2 – 3 = 11;
Công sai: d = 11 – 4 = 7
Khi đó ta có:
b) Ta có: u2 + u22 = 40 ⇔ u1 + d + u1 +21d = 40 ⇔ 2u1 + 22d = 40
Vậy
c) Ta có: u4 + u8 + u12 + u16 = 224
⇔ u1 + 3d + u1 +7d + u1 +15d = 224
⇔ 4u1 + 36d = 224
⇔ u1 + 9d = 56
Vậy
Ví dụ 2: Tính các tổng sau:
a) S = 1 + 3 + 5 +... + (2n – 1) + (2n + 1)
b) S = 1 + 4 + 7 +... + (3n – 2) + (3n + 1) + (3n + 4)
c) S = 1002 – 992 + 982 – 972 +... + 22 – 12
Lời giải
a) Ta có dãy số 1;3;5;...;(2n – 1);(2n + 1) là cấp số cộng với công sai d = 2 và u1 = 1, số hạng tổng quát uk = u1 + (k – 1)d.
Ta kiểm tra 2n + 1 là số hạng thứ bao nhiêu của dãy: 2n + 1 = u1 + (k – 1)d
⇔ 2n + 1 = 1 + (k – 1).2 ⇒ k = n + 1 . Do đó dãy số có n + 1 số hạng.
Vậy
b) Ta có dãy số 1; 4; 7; ... (3n – 2);(3n + 1);(3n + 4) là cấp số cộng với công sai d = 3 và u1 = 1, số hạng tổng quát uk = u1 + (k – 1)d.
Ta kiểm tra 2n + 1 là số hạng thứ bao nhiêu của dãy: 3n + 4 = u1 + (k – 1)d
⇔ 3n + 4 = 1 + (k – 1).3 ⇒ k = n + 2. Do đó dãy số có n + 2 số hạng.
Vậy
c) S = 1002 – 992 + 982 – 972 +... + 22 – 12
= (100 – 99)(100 + 99) + (98 – 97)(98 + 97) +... + (2 – 1)(2 + 1)
= 199 + 195 +... + 3
= 3 + 7 +... + 195 + 199
Ta có dãy số 3; 7; ...195; 199 là cấp số cộng với công sai d = 4, số hạng đầu tiên u1 = 3 và số hạng thứ n là un = 199.
Do đó có 199 = 3 + (n – 1).4 ⇒ n + 50.
Vậy .
6. Bài tập tự luyện
Câu 1. Trong các dãy số dưới đây, dãy số nào là cấp số cộng?
A. Dãy số (an), với an = 2n ,∀n ∈ ℕ∗.
B. Dãy số (bn), với b1 = 1, bn+1 = 2b1 + 1,∀n ∈ ℕ∗.
C. Dãy số (cn), với cn = (2n – 3)2 – 4n2 ,∀n ∈ ℕ∗.
D. Dãy số (dn), với
Câu 2. Trong các dãy số (un) sau, dãy số nào là một cấp số cộng?
A. 1; – 3; – 7; – 11; – 15
B. 1; – 3; – 6; – 9; – 12
C. 1; – 2; – 4; – 6; – 8
D. 1; – 3; – 5; – 7; – 9
Câu 3. Trong các dãy số (un) cho bởi số hạng tổng quát un sau, dãy số nào không phải là một cấp số cộng?
Câu 4. Cho cấp số cộng (un), biết u1 = – 5,d = 3. Khẳng định nào sau đây là đúng?
A. u15 = 34.
B. u15 = 45.
C. u13 = 31.
D. u10 = 35.
Câu 5. Cho cấp số cộng (un), biết u1 = – 5; d = 3. Số 100 là số hạng thứ bao nhiêu?
A. Số thứ 15.
B. Số thứ 20.
C. Số thứ 35.
D. Số thứ 36.
Câu 6. Cho cấp số cộng (un) biết:. Số hạng đầu tiên là
A. u1 = 16.
B. u1 = 6.
C. u1 = 7.
D. u1 = 14.
Câu 7. Cho cấp số cộng (un) thỏa: . Tính số hạng thứ 100 của cấp số.
A. u100 = – 243
B. u100 = – 295
C. u100 = – 231
D. u100 = – 294
Câu 8. Cho cấp số cộng (un) có u1 = 123 và u3 – u15 = 84. Tìm số hạng u17.
A. u17 = 242
B. u17 = 235
C. u17 = 11
D. u17 = 4
Câu 9. Xác định x để 3 số 1 – x; x2; 1 + x lập thành một cấp số cộng.
A. x = 1 hoặc x = – 1
B. x = 2 hoặc x = – 2
C. Không có giá trị nào của x.
D. x = 0
Câu 10. Cho a, b, c theo thứ tự lập thành cấp số cộng, đẳng thức nào sau đây là đúng?
A. a2 + c2 = 2ab + 2bc.
B. a2 – c2 = 2ab – 2bc.
C. a2 + c2 = 2ab – 2bc.
D. a2 – c2 = ab – bc.
Câu 11. Cho cấp số cộng (un) có u1 = 5 và d = – 4. Tính tổng của 100 số hạng đầu tiên.
A. – 19500
B. – 19300
C. – 19750
D. – 19550
Câu 12. Cho dãy số (un) xác định bởi u1 = 321 và un + 1 = un – 3 với mọi n ∈ ℕ∗. Tính tổng S của 125 số hạng đầu tiên của dãy số đó.
A. S = 16875.
B. S = 63375.
C. S = 63562,5.
D. S = 16687,5.
Câu 13. Số hạng tổng quát của một cấp số cộng là un = 3n + 4 với n ∈ ℕ∗. Gọi Sn là tổng n số hạng đầu tiên của cấp số cộng đã cho. Mệnh đề nào sau đây đúng?
Câu 14. Cho cấp số cộng 3; 8; 13;... Tính tổng S = 3 + 8 + 13 +... + 2018.
A. S = 408422.
B. S = 408242.
C. S = 407231,5.
D. S = 409252,5.
Câu 15. Phương trình x3 – 3x2 – 9x + m = 0 có ba nghiệm phân biệt lập thành cấp số cộng.
A. m = 16
B. m = 11
C. m = 13
D. m = 12
Đáp án
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
13 |
14 |
15 |
C |
A |
B |
C |
C |
A |
B |
C |
A |
B |
B |
A |
D |
B |
B |
Câu 16: Cho a, b, c theo thứ tự lập thành cấp số cộng, đẳng thức nào sau đây là đúng?
A. .
B. .
C. .
D. .
Hướng dẫn giải:
Chọn B.
a, b, c theo thứ tự lập thành cấp số cộng khi và chỉ khi:
.
Suy ra chọn đáp án B.
Câu 17: Cho theo thứ tự lập thành cấp số cộng, đẳng thức nào sau đây là đúng?
A. .
B. .
C. .
D. .
Hướng dẫn giải:
Chọn C.
theo thứ tự lập thành cấp số cộng khi và chỉ khi
Câu 18: Cho theo thứ tự lập thành cấp số cộng, ba số nào dưới đây cũng lập thành một cấp số cộng ?
A. .
B. .
C. .
D. .
Hướng dẫn giải:
Chọn B.
Ta có theo thứ tự lập thành cấp số cộng khi và chỉ khi
lập thành một cấp số cộng
Câu 19: Xác định để 3 số : theo thứ tự lập thành một cấp số cộng?
A. Không có giá trị nào của .
B. .
C. .
D. .
Hướng dẫn giải: :
Chọn C.
Ba số : lập thành một cấp số cộng khi và chỉ khi
suy ra chọn đáp án C.
Câu 20: Xác định để 3 số : theo thứ tự lập thành một cấp số cộng?
A. .
B. .
C. .
D. Không có giá trị nào của .
Hướng dẫn giải:
Chọn B.
Ba số : theo thứ tự lập thành một cấp số cộng khi và chỉ khi
. Suy ra chọn đáp án B.
Câu 21: Xác định để 3 số : theo thứ tự lập thành một cấp số cộng?
A. Không có giá trị nào của .
B. .
C.
D. .
Hướng dẫn giải:
Chọn A.
Ba số : theo thứ tự lập thành một cấp số cộng khi và chỉ khi
. PT vô nghiệm
Suy ra chọn đáp án A.
Câu 22: Tìm biết :
lập thành cấp số cộng ;
A.
B.
C.
D.
Hướng dẫn giải:
Chọn B.
Ta có: lập thành cấp số cộng
Vậy là những giá trị cần tìm.
Câu 23: Cho các số lập thành cấp số cộng ; các số lập thành cấp số nhân.Tính
A.
B.
C.
D.
Hướng dẫn giải:
Chọn B.
Ta có các số lập thành CSC nên suy ra hay (1)
Các số lập thành CSN suy ra
(2)
Thay (1) vào (2) ta được :
.
Vậy .
Câu 24: Cho cấp số cộng (un) có u1 = 1 và d = – 3.
a) Xác định số hạng tổng quát của cấp số cộng
b) Tìm số hạng thứ 2021 của cấp số cộng
c) Số – 488 là số hạng thứ bao nhiêu của cấp số cộng.
Lời giải
a) Số hạng tổng quát:
un = u1 + (n – 1)d = 1 + (n – 1).(– 3) = – 3n + 4.
b) Số hạng thứ 2021 của cấp số cộng:
u2021 = – 3.2021 + 4 = – 6059.
c) Gọi số hạng thứ k là số – 488, ta có: uk = – 3k + 4 = – 488. Suy ra k = 164.
Vậy số – 488 là số hạng thứ 164.
Câu 25: Cho cấp số cộng (un) thỏa mãn
a) Tìm u1; d?
b) Xác định số hạng tổng quát của cấp số cộng.
c) Số –1372,5 là số hạng thứ bao nhiêu của cấp số cộng.
Lời giải
a) Ta có:
Vậy
b) Số hạng tổng quát:
c) Gọi số hạng thứ k là số – 1372,5, ta có:
Vậy số – 1372,5 là số hạng thứ 200.