Формула суммы членов конечной арифметической прогрессии

На этом уроке мы выведем формулу суммы членов конечной арифметической прогрессии и решим некоторые задачи с применением этой формулы.

Тема: Прогрессии

Урок: Формула суммы членов конечной арифметической прогрессии

1. Вступление

Рассмотрим задачу: найти сумму натуральных чисел от 1 до 100 включительно.

Дано: 1, 2, 3, …, 98, 99, 100.

Найти: S100=1+2+3 … +98 + 99 + 100.

Решение: S100=(1+100)+(2+99)+(3+98)+…+(50+51)=101+101+101+…+101=101 х 50=5050.

Ответ: 5050.

Последовательность натуральных чисел 1, 2, 3, …, 98, 99, 100 является арифметической прогрессией: а1=1, d=1.

Мы нашли сумму первых ста натуральных чисел, т. е. сумму первых n членов арифметической прогрессии.

Рассмотренное решение предложил великий математик Карл Фридрих Гаусс, живший в 19 веке. Задача была им решена в возрасте 5-ти лет.

Историческая справка: Иога́нн Карл Фри́дрих Га́усс (1777 — 1855) — немецкий математик, механик, физик и астроном. Считается одним из величайших математиков всех времён, «королём математиков». Лауреат медали Копли (1838), иностранный член Шведской (1821) и Российской (1824) Академий наук, английского Королевского общества. Согласно легенде, школьный учитель математики, чтобы занять детей на долгое время, предложил им сосчитать сумму чисел от 1 до 100. Юный Гаусс заметил, что попарные суммы с противоположных в одинаковы: 1+100=101, 2+99=101 и т. д., и мгновенно получил результат: 101x50=5050.

2. Вывод формулы суммы первых n членов арифметической прогрессии

Рассмотрим аналогичную задачу для произвольной арифметической прогрессии.

Дано: :

Найти: сумму первых n членов арифметической прогрессии.

Решение:

Покажем, что все выражения в скобках равны между собой, а именно выражению . Пусть d – разность арифметической прогрессии. Тогда:

;

и т. д. Следовательно, мы можем записать:

. Откуда получаем формулу суммы первых n членов арифметической прогрессии:

.

3. Решение задач на применение формулы суммы первых n членов арифметической прогрессии

1. Решим задачу о сумму натуральных чисел от 1 до 100 с помощью формулы суммы первых n членов арифметической прогрессии:

Решение: а1=1, d=1, n=100.

Общая формула:

.

В нашем случае: .

Ответ: 5050.

2. Дано: .

Найти: .

Решение.

Общая формула:

. Найдем по формуле n–го члена арифметической прогрессии: .

.

В нашем случае: .

Ответ: .

3. Дано: .

Найти: .

Решение:

Чтобы найти , сначала надо найти .

Это можно сделать по общей формуле .Сначала применим эту формулу для нахождения разности арифметической прогрессии.

, т. е. . Значит .

Теперь можем найти .

.

Используя формулу суммы первых n членов арифметической прогрессии

, найдем .

.

.

       

Ответ: .

4. Вывод второй формулы суммы первых n членов арифметической прогрессии

Получим вторую формулу для суммы первых n членов арифметической прогрессии, а именно: докажем, что .

Доказательство:

В формулу суммы первых n членов арифметической прогрессии подставим выражение для , а именно . Получим: , т. е. . Что и требовалось доказать.

Проанализируем полученные формулы. Для вычислений по первой формуле надо знать первый член, последний член и n по второй формуле – надо знать первый член, разность и n.

И в заключение заметим, что в любом случае Sn– это квадратичная функция от n, потому что .

5. Решение задач на применение второй формулы суммы первых n членов арифметической прогрессии

1. Дано: .

Найти: .

Решение:

Общая формула:

.

В нашем случае:.

Ответ: 403.

2. Найти сумму всех двузначных чисел, кратных 4.

Решение:

{12; 16; 20; …; 96} – множество чисел, удовлетворяющих условию задачи.

Значит, имеем арифметическую прогрессию .

n найдем из формулы для :.

, т. е. . Значит .

Используя вторую формулу суммы первых n членов арифметической прогрессии

, найдем .

.

Ответ: .

3. Дано: .

Найти: S=.

Требуется найти сумму всех членов с 10 по 25-й включительно.

Один из способов решения заключается в следующем:

.

Следовательно, .

.

.

.

Ответ: .

6. Итог урока

Итак, мы вывели формулы для суммы членов конечной арифметической прогрессии. Использовали эти формулы при решении некоторых задач.

На следующем уроке мы познакомимся с характеристическим свойством арифметической прогрессии.

Список рекомендованной литературы

1. Макарычев Ю. Н. и др. Алгебра 9 класс (учебник для средней школы).-М.: Просвещение, 1992.

2. Макарычев Ю. Н., Миндюк Н. Г., Нешков, К. И. Алгебра для 9 класса с углубл. изуч. математики.-М.: Мнемозина, 2003.

3. Макарычев Ю. Н., Миндюк Н. Г Дополнительные главы к школьному учебнику алгебры 9 класса.-М.: Просвещение, 2002.

4. Галицкий М. Л., Гольдман А. М., Звавич Л. И. Сборник задач по алгебре для 8-9 классов (учебное пособие для учащихся школ и классов с углубл. изуч. математики).-М.: Просвещение, 1996.

5. Мордкович А. Г. Алгебра 9 класс, учебник для общеобразовательных учреждекний. – М.: Мнемозина, 2002.

6. Мордкович А. Г. , Мишутина Т. Н., Тульчинская Е. Е. Алгебра 9 класс, задачник для общеобразовательных учреждекний. – М.: Мнемозина, 2002.

7. Глейзер Г. И. История математики в школе. 7-8 классы (пособие для учителей).-М.: Просвещение, 1983.

Рекомендованные ссылки на интернет-ресурсы

1. Раздел College. ru по математике .

2. Портал Естественных Наук .

3. Exponenta. ru Образовательный математический сайт .

Рекомендованное домашнее задание

1. № 362, 371, 377, 382 (Макарычев Ю. Н. и др. Алгебра 9 класс).

2. № 12.96 (Галицкий М. Л., Гольдман А. М., Звавич Л. И. Сборник задач по алгебре для 8-9 классов).