Числовая последовательность и ее предел представляют собой одну из важнейших проблем математики на протяжении всей истории существования этой науки. Постоянно пополняемые знания, формулируемые новые теоремы и доказательства - все это позволяет рассматривать данное понятие с новых позиций и под разным
Числовая последовательность, в соответствии с одним из самых распространенных определений, представляет собой математическую функцию, основанием которой служит множество натуральных чисел, располагающихся согласно той или иной закономерности.
Существует несколько вариантов создания числовых последовательностей.
Во-первых, эта функция может быть задана так называемым «явным» способом, когда имеется определенная формула, при помощи которой каждый ее член может быть определен простой подстановкой порядкового номера в заданную последовательность.
Второй способ получил название «реккурентного». Его суть состоит в том, что задаются несколько первых членов числовой последовательности, а также специальная реккурентная формула, с помощью которой, зная предыдущий член, можно найти последующий.
Наконец, наиболее общим способом задания последовательностей является так называемый когда без особого труда можно не только выявить тот или иной член под определенным порядковым номером, но и, зная несколько последовательных членов, прийти к общей формуле данной функции.
Числовая последовательность может быть убывающей или возрастающей. В первом случае каждый последующей ее член меньше предыдущего, а во втором - наоборот, больше.
Рассматривая данную тему, нельзя не затронуть вопрос про пределы последовательностей. Пределом последовательности называется такое число, когда для любой, в том числе для бесконечно малой величины, существует порядковый номер, после которого уклонение следующих друг за другом членов последовательности от заданной точки в числовом виде становится меньше величины, заданной еще при формировании этой функции.
Понятие предела числовой последовательности активно используется при проведении тех или иных интегральных и дифференциальных счислений.
Математические последовательности обладают целым набором достаточно интересных свойств.
Во-первых, любая числовая последовательность есть пример математической функции, следовательно, те свойства, которые характерны для функций, можно смело применять и для последовательностей. Самым ярким примером таких свойств является положение о возрастающих и убывающих арифметических рядах, которые объединяются одним общим понятием - монотонные последовательности.
Во-вторых, существует достаточно большая группа последовательностей, которые нельзя отнести ни к возрастающим, ни к убывающим, - это периодические последовательности. В математике ими принято считать те функции, в которых существует так называемая длина периода, то есть с определенного момента (n) начинает действовать следующее равенство y n = y n+T , где Т и будет являться той самой длиной периода.
Оганесян Ева
Числовые последовательности. Реферат.
Скачать:
Предварительный просмотр:
Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение
«Средняя общеобразовательная школа №31»
города Барнаула
Числовые последовательности
Реферат
Работу выполнила:
Оганесян Ева,
ученица 8 г класса МБОУ «СОШ №31»
Руководитель:
Полева Ирина Александровна,
учитель математики МБОУ «СОШ №31»
Барнаул - 2014
Введение………………………………………………………………………2
Числовые последовательности.……………………………………………...3
Способы задания числовых последовательностей………………………...4
Развитие учения о прогрессиях……………………………………………..5
Свойства числовых последовательностей…………………………………7
Арифметическая прогрессия……………………………..............................9
Геометрическая прогрессия……………………………………………….10
Заключение …………………………………………………………………11
Список литературы…………………………………………………………11
Введение
Цель настоящего реферата
– изучение основных понятий, связанных с числовыми последовательностями, их применение на практике.
Задачи:
- Изучить исторические аспекты развития учения о прогрессиях;
- Рассмотреть способы задания и свойства числовых последовательностей;
- Познакомиться с арифметической и геометрической прогрессиями.
В настоящее время числовые последовательности рассматриваются как частные случаи функции. Числовая последовательность есть функция натурального аргумента. Понятие числовой последовательности возникло и развилось задолго до создания учения о функции. Вот примеры бесконечных числовых последовательностей, известных еще в древности:
1, 2, 3, 4, 5, … - последовательность натуральных чисел.
2, 4, 6, 8, 10,… - последовательность чётных чисел.
1, 3, 5, 7, 9,… - последовательность нечётных чисел.
1, 4, 9, 16, 25,… - последовательность квадратов натуральных чисел.
2, 3, 5, 7, 11… - последовательность простых чисел.
1, ½, 1 /3, ¼, 1 /5,… - последовательность чисел обратных натуральным.
Число членов каждого из этих рядов бесконечно; первые пять последовательностей - монотонно возрастающие, последняя - монотонно убывающая. Все перечисленные последовательности, кроме 5-й, являются заданными ввиду того, что для каждой из них известен общий член, т. е. правило получения члена с любым номером. Для последовательности простых чисел общий член неизвестен, однако еще в III в. до н. э. александрийский ученый Эратосфен указал способ (правда, очень громоздкий) получения n-го ее члена. Этот способ был назван «решетом Эратосфена».
Прогрессии - частные виды числовых последовательностей - встречаются в памятниках II тысячелетия до н. э.
Числовые последовательности
Существуют различные определения числовой последовательности.
Числовая последовательность – это последовательность элементов числового пространства (Википедия).
Числовая последовательность – это занумерованное числовое множество.
Функцию вида y = f (x), x называют функцией натурального аргумента или числовой последовательностью и обозначают y = f (n) или
, , , …, Для обозначения последовательности используется запись ().
Будем выписывать в порядке возрастания положительные чётные числа. Первое такое число равно 2, второе – 4, третье – 6, четвёртое – 8 и т.д., таким образом мы получим последовательность: 2; 4; 6; 8; 10 ….
Очевидно, что на пятом месте в этой последовательности будет число 10, на десятом число – 20, на сотом число – 200. вообще для любого натурального числа n можно указать соответствующее ему положительное чётное число; оно равно 2n.
Рассмотрим ещё одну последовательность. Будем выписывать в порядке убывания правильные дроби с числителем, равным 1:
; ; ; ; ; … .
Для любого натурального числа n мы можем указать соответствующую ему дробь; она равна . Так, на шестом месте должна стоять дробь , на тридцатом - , на тысячном – дробь .
Числа, образующие последовательность, называют соответственно первым, вторым, третьим, четвёртым и т.д. членами последовательности. Члены последовательности обычно обозначают буквами с индексами, указывающими порядковый номер члена. Например: , , и т.д. вообще член последовательности с номером n, или, как говорят, n-й член последовательности, обозначают . Саму же последовательность обозначают (). Последовательность может содержать, как бесконечное число членов, так и конечное. В этом случае её называют конечной. Например: последовательность двухзначных чисел.10; 11; 12; 13; …; 98; 99
Способы задания числовых последовательностей
Последовательности можно задавать несколькими способами.
Обычно последовательность целесообразнее задавать формулой ее общего n-го члена , которая позволяет найти любой член последовательности, зная его номер. В этом случае говорят, что последовательность задана аналитически. Например: последовательность положительных чётных членов =2n.
Задача: найти формулу общего члена последовательности (:
6; 20; 56; 144; 352;…
Решение. Запишем каждый член последовательности в следующем виде:
n=1: 6 = 2 3 = 3 =
n=2: 20 = 4 5 = 5 =
n=3: 56 = 8 7 = 7 =
Как видим, члены последовательности представляют собой произведение степени двойки, умноженной на последовательные нечетные числа, причем два возводится в степень, которая равна номеру рассматриваемого элемента. Таким образом, делаем вывод, что
Ответ: формула общего члена:
Другим способом задания последовательности является задание последовательности с помощью рекуррентного соотношения . Формулу, выражающую любой член последовательности, начиная с некоторого через предыдущие (один или несколько), называют рекуррентной (от латинского слова recurro – возвращаться).
В этом случае задается один или несколько первых элементов последовательности, а остальные определяются по некоторому правилу.
Примером рекуррентно заданной последовательности является последовательность чисел Фибоначчи - 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, ... , в которой каждое последующее число, начиная с третьего, является суммой двух предыдущих: 2 = 1 + 1; 3 = 2 + 1 и так далее. Данную последовательность можно задать рекуррентно:
N N, = 1.
Задача: последовательность задана при помощи рекуррентного соотношения + , n N, = 4. Выписать несколько первых членов этой последовательности.
Решение. Найдем третий член заданной последовательности:
+ =
И т.д.
При рекуррентном задании последовательностей, получаются очень громоздкими выкладки, так как, чтобы найти элементы с большими номерами, необходимо найти все предыдущие члены указанной последовательности, например, для нахождения надо найти все предыдущие 499 членов.
Описательный способ задания числовой последовательности состоит в том, что объясняется, из каких элементов строится последовательность.
Пример 1 . «Все члены последовательности равны 1». Это значит, речь идет о стационарной последовательности 1, 1, 1, …, 1, ….
Пример 2. «Последовательность состоит из всех простых чисел в порядке возрастания». Таким образом, задана последовательность 2, 3, 5, 7, 11, …. При таком способе задания последовательности в данном примере трудно ответить, чему равен, скажем, 1000-й элемент последовательности.
Так же числовую последовательность можно задать простым перечислением её членов.
Развитие учения о прогрессиях
Слово прогрессия латинского происхождения (progressio), буквально означает «движение вперёд» (как и слово «прогресс») и встречается впервые у римского автора Боэция (V-VIв в.), первоначально под прогрессией понимали всякую числовую последовательность, построенную по закону, позволяющему неограниченно продолжать её в одном направлении, например последовательность натуральных чисел, их квадратов и кубов. В конце средних веков и в начале нового времени этот термин перестаёт быть общеупотребительным. В XVII веке, например, Дж. Грегори употребляет вместо прогрессии термин «ряд», а другой видный английский математик, Дж. Валлис, применяет для бесконечных рядов термин «бесконечные прогрессии».
В настоящее время мы рассматриваем прогрессии как частные случаи числовых последовательностей.
Теоретические сведения связанные с прогрессиями, впервые встречаются в дошедших до нас документах Древней Греции.
В «Псаммите» Архимед впервые сопоставляет арифметическую и геометрическую прогрессии:
1,2,3,4,5,………………..
10, , ………….
Прогрессии рассматривались как бы продолжением пропорций, вот почему эпитеты арифметическая и геометрическая были перенесены от пропорций к прогрессиям.
Такой взгляд на прогрессии сохранился и у многих математиков XVII и даже XVIIIв. Именно так следует объяснить тот факт, что символ встречающийся у Барроу, а затем и у других английских учёных того времени для обозначения непрерывной геометрической пропорции, стал обозначать в английских и французских учебниках XVIII века геометрическую прогрессию. По аналогии так стали обозначать и арифметическую прогрессию.
Одно из доказательств Архимеда, изложенное в его произведении «Квадратура параболы», сводится по существу к суммированию бесконечно убывающей геометрической прогрессии.
Для решения некоторых задач из геометрии и механики Архимед вывел формулу суммы квадратов натуральных чисел, хотя ею пользовались и до него.
1/6n(n+1)(2n+1)
Некоторые формулы, относящиеся к прогрессиям, были известны китайским и индийским учёным. Так, Ариабхатта (Vв.) знал формулы для общего члена, суммы арифметической прогрессии и др., Магавира (IX в.) пользовался формулой: + + + ... + = 1/6n(n+1)(2n+1) и другими более сложными рядами. Однако правило для нахождения суммы членов произвольной арифметической прогрессии впервые встречается в «Книге абака» (1202) Леонардо Пизанского. В «Науке о числах» (1484) Н. Шюке, как и Архимед, сопоставляет арифметическую прогрессию с геометрической и даёт общее правило для суммирования любой бесконечно малой убывающей геометрической прогрессии. Формула для суммирования бесконечно убывающей прогрессии была известна П. Ферма и другим математикам XVII века.
Задачи на арифметические (и геометрические) прогрессии имеются и в древнекитайском тракте «Математика в девяти книгах», в котором нет, однако, указаний на применение какой-либо формулы суммирования.
Первые из дошедших до нас задач на прогрессии связаны с запросами хозяйственной жизни и общественной практики, как, например, распределение продуктов, деление наследства и т.д.
Из одной клинописной таблички можно заключить, что, наблюдая луну от новолуния до полнолуния, вавилоняне пришли к такому выводу: в первые пять дней после новолуния рост освещения лунного диска совершается по закону геометрической прогрессии со знаменателем 2. В другой более поздней табличке речь идёт о суммировании геометрической прогрессии:
1+2+ +…+ . решение и ответ S=512+(512-1), данные в табличке наводят на мысль, что автор пользовался формулой.
Sn= +(-1), однако о том, как он дошёл до нее никому не известно.
Суммированием геометрических прогрессий и составлением соответствующих, не всегда отвечающих практическим нуждам задач занимались многие любители математики на протяжении древних и средних веков.
Свойства числовых последовательностей
Числовая последовательность - частный случай числовой функции, а потому некоторые свойства функций (ограниченность, монотонность) рассматривают и для последовательностей.
Ограниченные последовательности
Последовательность () называется ограниченной сверху , что для любого номера n , M.
Последовательность () называется ограниченной снизу , если существует такое число m , что для любого номера n , m.
Последовательность () называется ограниченной , если она ограниченная сверху и ограниченная снизу, то есть существует такое число M 0 , что для любого номера n , M.
Последовательность () называется неограниченной , если существует такое число M 0 , что существует такой номер n , что, M.
Задача: исследовать последовательность = на ограниченность.
Решение. Заданная последовательность является ограниченной, так как для любого натурального номера n выполняются неравенства:
0 1,
То есть последовательность является ограниченной снизу нулем, и вместе с тем является ограниченной сверху единицей, а значит, является и ограниченной.
Ответ: последовательность ограничена - снизу нулем, а сверху единицей.
Возрастающие и убывающие последовательности
Последовательность () называют возрастающей , если каждый ее член больше предыдущего:
Например, 1, 3, 5, 7.....2n -1,... - возрастающая последовательность.
Последовательность () называют убывающей , если каждый ее член меньше предыдущего:
Например, 1; - убывающая последовательность.
Возрастающие и убывающие последовательности объединяют общим термином - монотонные последовательности . Приведем еще несколько примеров.
1; - эта последовательность не является ни возрастающей, ни убывающей (немонотонная последовательность).
2n. Речь идет о последовательности 2, 4, 8, 16, 32, ... - возрастающая последовательность.
Вообще, если a > 1, то последовательность = возрастает;
если 0 = убывает.
Арифметическая прогрессия
Числовую последовательность, каждый член которой, начиная со второго, равен сумме предыдущего члена и одного и того же числа d, называют арифметической прогрессией , а число d – разностью арифметической прогрессии.
Таким образом, арифметическая прогрессия – это числовая последовательность
X, = = + d, (n = 2, 3, 4, …; a и d – заданные числа).
Пример 1. 1, 3, 5, 7, 9, 11, … – возрастающая арифметическая прогрессия, у которой = 1, d = 2.
Пример 2. 20, 17, 14, 11, 8, 5, 2, –1, –4,… – убывающая арифметическая прогрессия, у которой = 20, d = –3.
Пример 3. Рассмотрим последовательность натуральных чисел, которые при делении на четыре дают в остатке 1: 1; 5; 9; 13; 17; 21 …
Каждый её член, начиная со второго, получается прибавлением к предыдущему члену числа 4. Эта последовательность является примером арифметической прогрессии.
Нетрудно найти явное (формульное) выражение через n. Величина очередного элемента возрастает на d по сравнению с предыдущим, таким образом, величина n элемента возрастет на величину (n – 1)d по сравнению с первым членом арифметической прогрессии, т.е.
= + d (n – 1). Это формула n-го члена арифметической прогрессии.
Это формула суммы n членов арифметической прогрессии.
Арифметической прогрессия названа потому, что в ней каждый член, кроме первого, равен среднему арифметическому двух соседних с ним – предыдущего и последующего, действительно,
Геометрическая прогрессия
Числовую последовательность, все члены которой отличны от нуля и каждый член которой, начиная со второго, получается из предыдущего члена умножением на одно и то же число q, называют геометрической прогрессией , а число q – знаменателем геометрической прогрессии. Таким образом, геометрическая прогрессия – это числовая последовательность ( заданная рекуррентно соотношениями
B, = q (n = 2, 3, 4…; b и q – заданные числа).
Пример 1. 2, 6, 18, 54, … – возрастающая геометрическая прогрессия
2, q = 3.
Пример 2. 2, –2, 2, –2, … – геометрическая прогрессия = 2, q = –1.
Одно из очевидных свойств геометрической прогрессии состоит в том, что если последовательность является геометрической прогрессией, то и последовательность квадратов, т.е. ; ;…-
является геометрической прогрессией, первый член которой равен , а знаменатель – .
Формула n-го члена геометрической прогрессии имеет вид:
Формула суммы n членов геометрической прогрессии:
Характеристическое свойство геометрической прогрессии: числовая последовательность является геометрической прогрессией тогда и только тогда, когда квадрат каждого ее члена, кроме первого (и последнего в случае конечной последовательности), равен произведению предыдущего и последующего членов,
Заключение
Изучением числовых последовательностей занимались многие ученые на протяжении многих веков. Первые из дошедших до нас задач на прогрессии связаны с запросами хозяйственной жизни и общественной практики, как, например, распределение продуктов, деление наследства и т.д. Они являются одним из ключевых понятий математики. В своей работе я постаралась отразить основные понятия, связанные с числовыми последовательностями, способы их задания, свойства, рассмотрела некоторые из них. Отдельно были рассмотрены прогрессии (арифметическая и геометрическая), рассказано об основных понятиях связанных с ними.
Список литературы
- А.Г. Мордкович, Алгебра, 10 класс, учебник, 2012г.
- А.Г. Мордкович, Алгебра, 9 класс, учебник, 2012г.
- Большой справочник школьника. Москва, «Дрофа», 2001г.
- Г.И. Глейзер, «История математики в школе»,
М.: Просвещение, 1964г.
- «Математика в школе», журнал, 2002г .
- Образовательные онлайн сервисы Webmath.ru
- Универсальная научно-популярная онлайн-энциклопедия «Кругосвет»
Прежде чем мы начнем решать задачи на арифметическую прогрессию , рассмотрим, что такое числовая последовательность, поскольку арифметическая прогрессия - это частный случай числовой последовательности.
Числовая последовательность - это числовое множество, каждый элемент которого имеет свой порядковый номер . Элементы этого множества называются членами последовательности. Порядковый номер элемента последовательности обозначается индексом:
Первый элемент последовательности;
Пятый элемент последовательности;
- "энный" элемент последовательности, т.е. элемент, "стоящий в очереди" под номером n.
Между значением элемента последовательности и его порядковым номером существует зависимость. Следовательно, мы можем рассматривать последовательность как функцию, аргументом которой является порядковый номер элемента последовательности. Другими словами можно сказать, что последовательность - это функция от натурального аргумента:
Последовательность можно задать тремя способами:
1 . Последовательность можно задать с помощью таблицы. В этом случае мы просто задаем значение каждого члена последовательности.
Например, Некто решил заняться личным тайм-менеджментом, и для начала посчитать в течение недели, сколько времени он проводит ВКонтакте. Записывая время в таблицу, он получит последовательность, состоящую из семи элементов:
В первой строке таблицы указан номер дня недели, во второй - время в минутах. Мы видим, что , то есть в понедельник Некто провел ВКонтакте 125 минут, , то есть в четверг - 248 минут, а , то есть в пятницу всего 15.
2 . Последовательность можно задать с помощью формулы n-го члена.
В этом случае зависимость значения элемента последовательности от его номера выражается напрямую в виде формулы.
Например, если , то
Чтобы найти значение элемента последовательности с заданным номером, мы номер элемента подставляем в формулу n-го члена.
То же самое мы делаем, если нужно найти значение функции, если известно значение аргумента. Мы значение аргумента подставляем вместо в уравнение функции:
Если, например, 
, то
Ещё раз замечу, что в последовательности, в отличие от произвольной числовой функции, аргументом может быть только натуральное число.
3 . Последовательность можно задать с помощью формулы, выражающей зависимость значения члена последовательности с номером n от значения предыдущих членов. В этом случае нам недостаточно знать только номер члена последовательности, чтобы найти его значение. Нам нужно задать первый член или несколько первых членов последовательности.
Например, рассмотрим последовательность 
, 
Мы можем находить значения членов последовательности один за другим , начиная с третьего:
То есть каждый раз, чтобы найти значение n-го члена последовательности, мы возвращаемся к двум предыдущим. Такой способ задания последовательности называется рекуррентным , от латинского слова recurro - возвращаться.
Теперь мы можем дать определение арифметической прогрессии. Арифметическая прогрессия - это простой частный случай числовой последовательности.
Арифметической прогрессией называется числовая последовательность, каждый член которой, начиная со второго, равен предыдущему, сложенному с одним и тем же числом.
Число называется разностью арифметической прогрессии . Разность арифметической прогрессии может быть положительной, отрицательной, или равной нулю.
Если title="d>0">, то каждый член арифметической прогрессии больше предыдущего, и прогрессия является возрастающей .
Например, 2; 5; 8; 11;...
Если , то каждый член арифметической прогрессии меньше предыдущего, и прогрессия является убывающей .
Например, 2; -1; -4; -7;...
Если , то все члены прогрессии равны одному и тому же числу, и прогрессия является стационарной .
Например, 2;2;2;2;...
Основное свойство арифметической прогрессии:
Посмотрим на рисунок.
Мы видим, что
, и в то же время
Сложив эти два равенства, получим:
.
Разделим обе части равенства на 2:
Итак, каждый член арифметической прогрессии, начиная со второго, равен среднему арифметическому двух соседних:
Больше того, так как
, и в то же время
, то
, и, следовательно,
Каждый член арифметической прогрессии, начиная с title="k>l">, равен среднему арифметическому двух равноотстоящих.
Формула го члена.
Мы видим, что для членов арифметической прогрессии выполняются соотношения:
и, наконец,
Мы получили формулу n-го члена.
ВАЖНО! Любой член арифметической прогрессии можно выразить через и . Зная первый член и разность арифметической прогрессии можно найти любой её член.
Сумма n членов арифметической прогрессии.
В произвольной арифметический прогрессии суммы членов, равноотстоящих от крайних равны между собой:
Рассмотрим арифметическую прогрессию, в которой n членов. Пусть сумма n членов этой прогрессии равна .
Расположим члены прогрессии сначала в порядке возрастания номеров, а затем в порядке убывания:
Сложим попарно:
Сумма в каждой скобке равна , число пар равно n.
Получаем:
Итак, сумму n членов арифметической прогрессии можно найти по формулам:
Рассмотрим решение задач на арифметическую прогрессию .
1 . Последовательность задана формулой n-го члена: . Докажите, что эта последовательность является арифметической прогрессией.
Докажем, что разность между двумя соседними членами последовательности равна одному и тому же числу.
Мы получили, что разность двух соседних членов последовательности не зависит от их номера и является константой. Следовательно, по определению, эта последовательность является арифметической прогрессией.
2 . Дана арифметическая прогрессия -31; -27;...
а) Найдите 31 член прогрессии.
б) Определите, входит ли в данную прогрессию число 41.
а) Мы видим, что ;
Запишем формулу n-го члена для нашей прогрессии.
В общем случае 
В нашем случае 
, поэтому 
Получаем:
б) Предположим, что число 41 является членом последовательности. Найдем его номер. Для этого решим уравнение:
Мы получили натуральное значение n, следовательно, да, число 41 является членом прогрессии. Если бы найденное значение n не было бы натуральным числом, то мы бы ответили, что число 41 НЕ является членом прогрессии.
3 . а) Между числами 2 и 8 вставьте 4 числа так, чтобы они вместе с данными числами составляли арифметическую прогрессию.
б) Найдите сумму членов полученной прогрессии.
а) Вставим между числами 2 и 8 четыре числа:
Мы получили арифметическую прогрессию, в которой 6 членов. 
Найдем разность этой прогрессии. Для этого воспользуемся формулой n-го члена:
Теперь легко найти значения чисел:
3,2; 4,4; 5,6; 6,8
б)
Ответ: а) да; б) 30
4. Грузовик перевозит партию щебня массой 240 тонн, ежедневно увеличивая норму перевозки на одно и то же число тонн. Известно, что за первый день было перевезено 2 тонны щебня. Определите, сколько тонн щебня было перевезено на двенадцатый день, если вся работа была выполнена за 15 дней.
По условию задачи количество щебня, которое перевозит грузовик, каждый день увеличивается на одно и то же число. Следовательно, мы имеем дело с арифметической прогрессией.
Сформулируем эту задачу в терминах арифметической прогрессии.
За первый день было перевезено 2 тонны щебня: a_1=2.
Вся работа была выполнена за 15 дней: .
Грузовик перевозит партию щебня массой 240 тонн:
Нам нужно найти .
Сначала найдем разность прогрессии. Воспользуемся формулой суммы n членов прогрессии.
В нашем случае:
