Hướng dẫn giải các bài toán về cấp số cộng lớp 11 | Toán học, Lớp 11 - Ôn Luyện

HƯỚNG DẪN GIẢI.. Tìm số hạng tổng quát của cấp số cộng đó.. Mỗi dãy sau có hơn dãy trước 3 ghế. Họ thuê một đội khoan giếng nước đến để khoan giếng nước. Biết cần phải khoan sâu xuống 50[r]

CHƯƠNG III: DÃY SỐ - CẤP SÓ CỘNG – CẤP SỐ NHÂN

BÀI 3: CẤP SỐ CỘNG

PHẦN I – LÝ THUYẾT:

1 Định nghĩa:

Cấp số cộng là một dãy số (hữu hạn hoặc vô hạn), trong đó kể từ số hạng thứ hai, mỗi số hạng đều bằng

số hạng đứng ngay trước nó cộng với một số không đổi d.

Số không đổi d được gọi là công sai của cấp số cộng.

Đặc biệt, khi d 0 thì cấp số cộng là một dãy số không đổi (tất cả các số hạng đều bằng nhau).

2) Cấp số cộng  u n là một dãy số tăng khi và chỉ khi công sai d 0.

3) Cấp số cộng  u n là một dãy số giảm khi và chỉ khi công sai d 0.

2 Định lý:

Định lý 1 (Số hạng tổng quát)

Nếu cấp số cộng  u n có số hạng đầu u1 và công sai d

Định lý 2 ( Tính chất của CSC)

Trong một cấp số cộng  u n , mỗi số hạng (trừ số hạng đầu và cuối) đều là trung bình cộng của

hai số hạng đứng kề với nó, nghĩa là

Dạng 2 Tìm điều kiện để dãy số lập thành cấp số cộng.

Dạng 3 Bài toán chứng minh dựa vào tính chất cấp số cộng.

Dạng 4 Tìm tổng của một cấp số cộng.

Dạng 5 Bài toán thực tế liên quan đến cấp số cộng.

DẠNG 1: XÁC ĐỊNH CẤP SỐ CỘNG VÀ CÁC YẾU TỐ CỦA CẤP SỐ CỘNG

Phương pháp giải:

Xác định cấp số cộng, chứng minh một dãy số là một cấp số cộng:

 Dãy số ( )u n là một cấp số cộng  u n1 u n d không phụ thuộc vào n ( n1;n ) và d là công

sai của cấp số cộng đó

 Ba số a b c, , theo thứ tự đó lập thành cấp số cộng  a c 2b.

 Để xác định một cấp số cộng, ta cần xác định số hạng đầu và công sai Do đó, ta thường biểu diễn giả thiết của bài toán qua u1 và d.

Tìm số hạng đầu tiên, công sai của cấp số cộng, tìm số hạng thứ k của cấp số cộng:

Ta thiết lập một hệ phương trình gồm hai ẩn u1 và d Tìm được u1 và d.

Muốn tìm số hạng thứ k, trước tiên ta phải tìm u1 và d Sau đó áp dụng công thức: u k u1k 1d

Nên dãy số 2, 1, 4, 7,10, 13, 16,19 là một cấp số cộng với công sai d 3

Ví dụ 2 Trong các dãy số dưới đây, dãy số nào là cấp số cộng? Tìm số hạng đầu và công sai

a) Dãy số  a n , với a n 4n 3; b) Dãy số  b n , với n 2 34

n

b  

;c) Dãy số  c n , với 2018n

d 

.c) Ta có 1 2018n 1

d) Ta có d n1(n1)2 nên d n1 d n (n1)2 n2 2n1 (phụ thuộc vào giá trị của n).

Suy ra  d n không phải là một cấp số cộng.

* Cách gọi các số hạng của cấp số cộng như trên giúp ta giải quyết bài toán gọn hơn

* Nếu số hạng cấp số cộng là lẻ thì gọi công sai d x, là chẵn thì gọi công sai d 2x rồi viết các số hạng cấp số dưới dạng đối xứng

 

1

11

.2

Ví dụ 6 Cho CSC ( )u n thỏa :

1026

Ta có công sai d 3 và số hạng tổng quát : u n u1(n 1)d 3n 2

Ví dụ 7 Cho cấp số cộng (un) thỏa mãn

1026

1, 3,3 không thể cùng thuộc một CSC ( vô lí ).

Ví dụ 2: Chứng minh rằng dãy số ( )u n là CSC khi và chỉ khi u n an b

Lời giải Giả sử ( )u n là một CSC công sai d , khi đó :

n

u u  n d dn u  d an b Với a = d và b u 1 d

Giả sử: u n an b  u n1 u n  a u n1 u na, n

Suy ra ( )u n là một CSC với công sai a.

Ví dụ 3: Chứng minh rằng : Nếu phương trình x3  ax2 bx c 0 có ba nghiệm lập thành CSC thì

Ví dụ 5: Một tam giác vuông có chu vi bằng 3a, và 3 cạnh lập thành một CSC Tính độ dài ba cạnh của

tam giác theo a

Lời giải

Gọi x, y, z theo thứ tự tăng dần của độ dài ba cạnh của tam giác

Chu vi của tam giác: x y z  3a (1)

Tính chất của CSC có x z 2y (2)

Vì tam giác vuông nên có: x2 y2 z2 (3)

Thay (2) vào (1) được 3y3a y a , thay y = a vào (2) được: x z 2a x2a z

Thay x và y vào (3) được:  2 2 2 2 5 3

DẠNG 3 :BÀI TOÁN CHỨNG MINH DỰA VÀO TÍNH CHẤT CỦA CẤP SỐ CỘNG

Phương pháp: Chúng ta sử dụng tính chất của cấp số cộng:

Dãy số  u n là một cấp số cộng thì u n1 u n là một hằng số với mọi số nguyên dương n

Ta chứng minh bài toán bằng phương pháp phản chứng

Giả sử X được chia thành hai tập con A và B đồng thời trong A và B không có ba số nào lập thành CSC.

Vì cặp (3;5) và (5;7) hkoogn cùng thuộc một tập nên ta suy ra

(3;7) thuộc A, 5 thuộc B Khi đó ta xét các trường hợp sau

Vậy bài toán được chứng minh

Ví dụ 3 Dãy số (x n) thỏa mãn điều kiện: x n m x m x n 1

n

a    n Thật vậy, ta có:

1

1,1

Vậy ta có điều phải chứng minh.

DẠNG 4 : TỔNG n SỐ HẠNG ĐẦU TIÊN CỦA CẤP SỐ CỘNG.

2) Để tính được S n , thì công thức (2) được sử dụng mọi trường hợp Cụ thể là, chúng ta cần tìm được số

hạng đầu u1 và công sai d của cấp số cộng.

3) Các bài toán về cấp số cộng thường đề cập đến 5 đại lượng u d n u S1, , , ,n n Chúng ta cần biết ba đại

lượng trong năm đại lượng là có thể tìm được hai đại lượng còn lại Tuy nhiên, theo các công thức tính

b) Vì S  n 6095374 nên n n(32 7) 6095374 3n2  7n 12190748 0

Giải phương trình bậc hai trên với nnguyên dương, ta tìm được n 2017

Ví dụ 2 Cho 1 cấp số cộng (un) có số hạng tổng quát: u n 7n 3

a) Tìm số hạng đầu và công sai của CSC b) Tìm u2012

c) Tính tổng 100 số hạng đầu d) Số 1208 là số hạng thứ mấy của CSC

Lời giải

a) Số hạng đầu: u1 = 4; công sai: d = 7 b) u2012 = 14081

c) S100 = 1

100[2 ( 1) ] [2.4 (100 1).7] 35050

a) Ta có dãy số 1,3,5, ,(2 n 1),(2n1) là cấp số cộng với công sai d 2 và u 1 1, số hạng tổng quát u m 2n1 Do đó có 2n 1 u1(m 1)d  2n  1 1 (m 1).2 m n 1.

Từ (1) và (2) suy ra 4 2 6

13

.c), d) Sử dụng công thức tính tổng khai triển hai vế, cách giải hoàn toàn tương tự câu b)

DẠNG 5 : BÀI TOÁN THỰC TẾ

Phương pháp: Sử dụng giả thiết của bài toán thiết lập mối quan hệ các yếu tố là một cấp số cộng rồi

sử dụng tính chất cấp số cộng để tính toán.

Các ví dụ điển hình

Ví dụ 1 Một chiếc đồng hồ đánh chuông, số tiếng chuông được đánh bằng số giờ mà đồng hồ chỉ tại

thời điểm đánh chuông Hỏi một ngày đồng hồ đó đánh bao nhiêu tiếng chuông báo giờ (mỗingày 24 tiếng)

Lời giải.

a Gọi u n là số tiếng chuông ở giờ thứ n, trong đó1 n 12.

Sau 12 giờ đồng hồ đánh được:

b S12 U1 U12 6.(1 12) 78  tiếng Một ngày đồng hồ đánh được 78.2 = 156 tiếng

Ví dụ 2 Người ta trồng 3003 cây theo một hình tam giác như sau: hàng thứ nhất trồng 1 cây, hàng thứ

hai trồng 2 cây, hàng thứ ba trồng 3 cây, Hỏi có tất cả bao nhiêu hàng cây?

Ví dụ 3 Trên một bàn cờ có nhiều ô vuông, người ta đặt 7 hạt dẻ vào ô đầu tiên, sau đó đặt tiếp vào ô

thứ hai số hạt nhiều hơn ô thứ nhất là 5, tiếp tục đặt vào ô thứ ba số hạt nhiều hơn ô thứ hai là5,… và cứ thế tiếp tục đến ô thứ n Biết rằng đặt hết số ô trên bàn cờ người ta phải sử dụng

25450 hạt Hỏi bàn cờ đó có bao nhiêu ô vuông?

BÀI TẬP KIỂM TRA

Bài 2: Cho cấp số cộng (un) có số hạng tổng quát: u n 7n 3

a) Tìm số hạng đầu và công sai của CSC b) Tìm u2018

c) Tính tổng 100 số hạng đầu d) Số 1208 là số hạng thứ mấy của CSC

Bài 3: Cho cấp số cộng (un), biết u1 = 5 ; d = 3 và Sn = 34275

a) Tìm công thức số hạng tổng quát của cấp số cộng

b) Tìm n

Bài 4: Cho cấp số cộng (un) có u20 = – 52 và u51 = – 145 Tìm số hạng tổng quát của cấp số cộng đó

Bài 5: Xác định số hạng đầu tiên và công sai của cấp số cộng (un), biết:

a ab b c ca a b bc c cũng là ba số hạng liên tiếp của một cấp số cộng

Bài 8: Cho a, b, c là đội dài ba cạnh của một tam giác với a b c  và chúng lập thành một cấp số cộng CMR: ac=6.R.r

Câu 9: Một rạp hát có 30 dãy ghế, dãy đầu tiên có 25 ghế Mỗi dãy sau có hơn dãy trước 3 ghế Hỏi rạp

hát có tất cả bao nhiêu ghế?

Câu 10: Một gia đình cần khoan một cái giếng để lấy nước Họ thuê một đội khoan giếng nước đến để

khoan giếng nước Biết giá của mét khoan đầu tiên là 80.000 đồng, kể từ mét khoan thứ 2 giá của mỗi métkhoan tăng thêm 5000 đồng so với giá của mét khoan trước đó Biết cần phải khoan sâu xuống 50m mới

có nước Vậy hỏi phải trả bao nhiêu tiền để khoan cái giếng đó?

n

u   không phải là 1 cấp số cộng.

Bài 2: Cho 1 cấp số cộng (un) có số hạng tổng quát: u n 7n 3

a) Tìm số hạng đầu và công sai của CSC b) Tìm u2018 14123

c) Tính tổng 100 số hạng đầu d) Số 1208 là số hạng thứ mấy của CSC

Giải: a) Số hạng đầu: u1 = 4; công sai: d = 7 b) u2018 14123

c) S100 = 1

100[2 ( 1) ] [2.4 (100 1).7] 35050

n

d) Ta có: 7n – 3 = 1208  n = 173 Vậy: Số 1208 là số hạng thứ 173 của CSC

Bài 3: Cho cấp số cộng (un), biết u1 = 5 ; d = 3 và Sn = 34275

a) Tìm công thức số hạng tổng quát của cấp số cộng

u d

Bài 5: Xác định số hạng đầu tiên và công sai của cấp số cộng (un), biết:

Ba số a, b, c dương là 3 số hạng liên tiếp của cấp số cộng  a c 2b

Công thức diện tích tam giác

Ta có a c 2b 2p3b 4pac6abc pac6pRr  ac6Rr(đpcm)

Câu 9: Một rạp hát có 30 dãy ghế, dãy đầu tiên có 25 ghế Mỗi dãy sau có hơn dãy trước 3 ghế Hỏi rạp

Câu 10: Một gia đình cần khoan một cái giếng để lấy nước Họ thuê một đội khoan giếng nước đến để

khoan giếng nước Biết giá của mét khoan đầu tiên là 80.000 đồng, kể từ mét khoan thứ 2 giá của mỗi métkhoan tăng thêm 5000 đồng so với giá của mét khoan trước đó Biết cần phải khoan sâu xuống 50m mới

có nước Vậy hỏi phải trả bao nhiêu tiền để khoan cái giếng đó?

Giải

Gọi u n là giá của mét khoan thứn, trong đó1 n 50.

Theo giả thiết, ta có u 1 80.000 và u n1 u n 5.000 với 1 n 49

Ta có ( )u n là cấp số cộng có số hạng đầu u 1 80.000 và công sai d 5.000.

Tổng số tiền gia đình thanh toán cho cơ sở khoan giếng chính là tổng các số hạng của cấp số cộng d Suy ra số tiền mà gia đình phải thanh toán cho cơ sở khoan giếng là

Bài 1 : Trong các dãy số sau, dãy nào là cấp số cộng Tìm số hạng đầu và công sai của cấp số cộng đó:

a) Dãy số  u n với u n 19n 5 b) Dãy số  u n với u n 3n1

c) Dãy số  u n với u n n2  n 1 d) Dãy số  u n với u n   1n 10n

Bài 2: Trong các dãy số (un) sau đây, dãy số nào là cấp số cộng ? Tìm số hạng đầu và công sai của nó ? (nếu có)

a) un = 5 – 2n b) un = 1

2

n

 c) un = 3n

d) un =

7 32

2 Tìm ba số hạng liên tiếp của một cấp số cộng biết tổng của chúng bằng 9 và tổng các bình phương của chúng bằng 29

 Hãy tìm số hạng tổng quát của cấp số cộng

Bài 8 Tìm x để các số sau lập thành cấp số cộng 1 1; ;x x3 2 1;sin 6 x ;4sinx

.mx4 2m 1x2 m 1 0 có bốn nghiệm phân biệt lập thành cấp số cộng

Bài 11 Cho (un) là cấp số cộng Chứng minh rằng :

12

u  u  u 

, 1  k n 1

Bài 12

lập thành cấp số cộngcos ;cos ;cosA B C

4 Cho a b c, , lần lượt là ba số hạng thứ m n p, , của một cấp số cộng Chứng minh rằng :

a n p b p m c m n 

5 Chứng minh rằng điều kiện cần và đủ để ba số a b c, , là ba số hạng của một CSC là tồn tại ba số

nguyên khác không p q r, , thỏa:

00

6.Cho CSC ( )u n thỏa S m S n (m n ) Chứng minh S m n 0

7 Chứng minh rằng nếu ba cạnh của tam giác lập thành CSN thì công bội của CSN đó nằm trong khoảng

a ab b c ca a b bc c cũng là ba số hạng liên tiếp của một cấp số cộng

2 Cho ( )u n là cấp số nhân Kí hiệu S u 1u2 u n;

1 Chứng minh rằng tồn tại không quá hai giá trị của k sao cho C n k, k 1

n

C 

và C n k2

là ba số hạng liên tiếpcủa một CSC

2 Chứng minh rằng không tồn tại k để C n k, k 1

n

C ,C n k2

Dạng 2 Tìm điều kiện để dãy số lập thành cấp số cộng.

Dạng 3 Bài toán chứng minh dựa vào tính chất cấp số cộng.

Dạng 4 Tìm tổng của một cấp số cộng.

Dạng 5 Bài toán thực tế liên quan đến cấp số cộng.

DẠNG 1: XÁC ĐỊNH CẤP SỐ CỘNG VÀ CÁC YẾU TỐ CỦA CẤP SỐ CỘNG

Phương pháp giải:

Xác định cấp số cộng, chứng minh một dãy số là một cấp số cộng:

 Dãy số ( )u n là một cấp số cộng  u n1 u n d không phụ thuộc vào n ( n1;n ) và d là công

sai của cấp số cộng đó

 Ba số a b c, , theo thứ tự đó lập thành cấp số cộng  a c 2b.

 Để xác định một cấp số cộng, ta cần xác định số hạng đầu và công sai Do đó, ta thường biểu diễn giả thiết của bài toán qua u1 và d.

Tìm số hạng đầu tiên, công sai của cấp số cộng, tìm số hạng thứ k của cấp số cộng:

Ta thiết lập một hệ phương trình gồm hai ẩn u1 và d Tìm được u1 và d.

Muốn tìm số hạng thứ k, trước tiên ta phải tìm u1 và d Sau đó áp dụng công thức: u k u1k 1d

Kiểm tra từng phương án đến khi tìm được phương án đúng.

- Phương án A: Ba số hạng đầu tiên của dãy số 2, 4, 8

1) Để chứng minh dãy số  u n là một cấp số cộng, chúng ta cần chứng minh u n1 u n là một

hằng số với mọi số nguyên dương n

2) Để chỉ ra dãy số  u n không phải là một cấp số cộng, chúng ta cần phải chỉ ra ba số hạng

liên tiếp u u k, k1,u k2 của dãy số không lập thành một cấp số cộng.

Ví dụ 2 Cho cấp số cộng  u n có u 1 123 và u3 u15 84 Tìm số hạng u17.

A.u 17 242. B.u 17 235. C.u 17 11. D. u 17 4.

Lời giải Đáp án C.

Ta có công sai của cấp số cộng là

Ví dụ 3 Cho cấp số cộng  u n có u12u5 0 và S 4 14 Tính số hạng đầu u1 và công sai d của

cấp số cộng

A.u1 8,d 3 B. u1 8,d 3 C.u18,d 3 D. u1 8,d 3

Lời giải

m 

B m 4 hoặc

49



là nghiệm của phương trình Giải điều kiện này ta

có hệ thức liên hệ giữa các hệ số của phương trình là 2b3 9abc27a d3 0 Trong thực

hành giải toán, chúng ta cũng chỉ cần ghi nhớ điều kiện cần là 3

b x

a



là nghiệm của phương trình

DẠNG 3 :BÀI TOÁN CHỨNG MINH DỰA VÀO TÍNH CHẤT CỦA CẤP SỐ CỘNG

Phương pháp: Chúng ta sử dụng tính chất của cấp số cộng:

Dãy số  u n là một cấp số cộng thì u n1 u n là một hằng số với mọi số nguyên dương n

a, b, c theo thứ tự lập thành cấp số cộng khi và chỉ khi:

A. a2c2 2ab2bc2ac B. a2 c2 2ab2bc 2ac.

C. a2c2 2ab2bc 2ac D. a2 c2 2ab 2bc2ac

Lời giải Chọn C.

Ta có a b c, , theo thứ tự lập thành cấp số cộng khi và chỉ khi a c 2b

2) Để tính được S n , thì công thức (2) được sử dụng mọi trường hợp Cụ thể là, chúng ta cần tìm được số

hạng đầu u1 và công sai d của cấp số cộng.

3) Các bài toán về cấp số cộng thường đề cập đến 5 đại lượng u d n u S1, , , ,n n Chúng ta cần biết ba đại

lượng trong năm đại lượng là có thể tìm được hai đại lượng còn lại Tuy nhiên, theo các công thức tính

,

n n

u S thì các bài toán về cấp số cộng sẽ quy về việc tính ba đại lượng u d n1, , .

Ví dụ 1 Cho dãy số  u n xác định bởi u 1 321 và u n1 u n  3 với mọi 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.

Hướng dẫn giải

Từ công thức truy hồi của dãy số  u n , ta có  u n là một cấp số cộng với công sai d 3 Do

đó tổng của 125 số hạng đầu tiên của cấp số cộng đó là

 

1

125 2 125 1

168752

u 

và

1.4

S 

B 5

4.5

S 

C 5

5.4

S 

D 5

4.5

Ví dụ 4 Số hạng tổng quát của một cấp số cộng là u n 3n4 với n  * Gọi S n là tổng n số hạng

đầu tiên của cấp số cộng đã cho Mệnh đề nào sau đây đúng?

A

.2

n n

n n

n n n

Ví dụ 6 Cho cấp số cộng  u n có công sai d 3 và 2 2 2

u u u đạt giá trị nhỏ nhất Tính tổng S100của 100 số hạng đầu tiên của cấp số cộng đó

Dấu bằng xảy ra khi a 6 0  a6.Suy ra u 1 6

Ta có

1 100

100 2 100 1

142502

Vậy B là phương án đúng

Nhận xét: Từ kết quả của bài tập này, chúng ta có thể giải quyết các câu hỏi sau đây:

A.x 2017. B.x 2016. C.x 2019. D.x 2018.

cộng hữu hạn có tổng các số hạng bằng 408242?

DẠNG 5 : BÀI TOÁN THỰC TẾ

Phương pháp: Sử dụng giả thiết của bài toán thiết lập mối quan hệ các yếu tố là một cấp số cộng rồi

sử dụng tính chất cấp số cộng để tính toán.

Các ví dụ điển hình

Ví dụ 1 Một cơ sở khoan giếng đưa ra định mức giá như sau: Giá từ mét khoan đầu tiên là 100000

đồng và kể từ mét khoan thứ hai, giá của mỗi mét sau tăng thêm30000 đồng so với giá của mét khoan ngay trước đó Một người muốn kí hợp đồng với cơ sở khoan giếng này để khoan một giếng sâu 20 mét lấy nước dùng cho sinh hoạt của gia đình Hỏi sau khi hoàn thành việc khoan giếng, gia đình đó phải thanh toán cho cơ sở khoan giếng số tiền bằng bao nhiêu?