← Capitol

Culegere Burtea · Progresii aritmetice · ex. 12

Exercițiul 12 · Primul termen și rația din condiții

Să se calculeze primul termen și rația unei progresii aritmetice (an)n≥1(a_n)_{n\ge1}, dacă:

a)a5=27a_5 = 27, a27=60a_{27} = 60

Scrie a5a_5 și a27a_{27} cu an=a1+(n−1)ra_n = a_1 + (n - 1)r și scade ecuațiile, ca la exercițiul 11: a1a_1 dispare.
  1. 1. Ce ni se cere

    Din progresia (an)(a_n) nu cunoști primul termen, dar cunoști doi termeni îndepărtați: a5=27a_5 = 27 și a27=60a_{27} = 60. Ți se cere să afli primul termen a1a_1 și rația rr.

    Sunt două necunoscute și două informații, deci sistemul are, în general, o singură soluție. E aceeași situație ca la exercițiul 11, doar că acolo cerința era alta.

  2. 2. Ideea: totul prin a1a_1 și rr

    Culegerea scrie fiecare termen dat cu formula termenului general din breviar și obține un sistem în a1a_1 și rr (exemplele rezolvate 2 și 6):
    an=a1+(n−1)ra_n = a_1 + (n - 1)r
    De la a1a_1 la ana_n sunt n−1n - 1 pași, fiecare de mărime rr.

    Verifică-te

    Cum se scrie a27a_{27} prin a1a_1 și rr?
    La fel, a5=a1+4ra_5 = a_1 + 4r. Cele două informații devin:
    {a1+4r=27a1+26r=60\begin{cases} a_1 + 4r = 27 \\ a_1 + 26r = 60 \end{cases}
  3. 3. Scădem ecuațiile și aflăm rr

    Coeficienții lui a1a_1 sunt egali, deci scazi prima ecuație din a doua și a1a_1 dispare:
    (a1+26r)−(a1+4r)=60−27\begin{aligned} &(a_1 + 26r) - (a_1 + 4r) \\ &\quad = 60 - 27 \end{aligned}
    22r=33⇒r=3322=3222r = 33 \quad\Rightarrow\quad r = \frac{33}{22} = \frac32
    Între a5a_5 și a27a_{27} sunt 27−5=2227 - 5 = 22 pași. Simplifici fracția prin 11.

    Verifică-te

    Din prima ecuație, a1+4⋅32=27a_1 + 4 \cdot \frac32 = 27. Cât este a1a_1?
  4. 4. Verificăm în enunț

    Cu a1=21a_1 = 21 și r=1,5r = 1{,}5:

    a5=21+4⋅1,5=27a_5 = 21 + 4 \cdot 1{,}5 = 27 ✓

    a27=21+26⋅1,5=21+39=60a_{27} = 21 + 26 \cdot 1{,}5 = 21 + 39 = 60 ✓

    Ambele date din enunț se verifică.

Răspuns
a1=21a_1 = 21 și r=32r = \frac32.

b)a23=32a_{23} = 32, a32=23a_{32} = 23

Aceeași metodă ca la a): a23=a1+22ra_{23} = a_1 + 22r, a32=a1+31ra_{32} = a_1 + 31r, apoi scazi ecuațiile.
  1. 1. Sistemul și rația

    Ca la a), scrii cei doi termeni prin a1a_1 și rr. De la a1a_1 la a23a_{23} sunt 22 de pași, iar la a32a_{32} sunt 31:
    {a1+22r=32a1+31r=23\begin{cases} a_1 + 22r = 32 \\ a_1 + 31r = 23 \end{cases}
    Scazi prima ecuație din a doua: a1a_1 dispare, iar 31r−22r=9r31r - 22r = 9r.
    9r=23−32=−99r = 23 - 32 = -9
    Termenii au scăzut de la 3232 la 2323, deci rația este negativă.

    Verifică-te

    Cât este rr din 9r=−99r = -9?
  2. 2. Aflăm a1a_1 și verificăm

    Din prima ecuație, cu r=−1r = -1, adică a1+22⋅(−1)=32a_1 + 22 \cdot (-1) = 32:
    a1−22=32a1=32+22=54\begin{aligned} a_1 - 22 &= 32 \\ a_1 &= 32 + 22 = 54 \end{aligned}
    Verificare cu a doua ecuație: a32=54+31⋅(−1)=23a_{32} = 54 + 31 \cdot (-1) = 23 ✓.
Răspuns
a1=54a_1 = 54 și r=−1r = -1.

c)a20=0a_{20} = 0, a60=−80a_{60} = -80

Aceeași metodă: a20=a1+19ra_{20} = a_1 + 19r și a60=a1+59ra_{60} = a_1 + 59r. Un termen este zero, deci prima ecuație are membrul drept 00.
  1. 1. Sistemul și rația

    Sistemul se scrie la fel ca la a) și b), cu 1919 și 5959 de pași. Faptul că a20=0a_{20} = 0 nu schimbă nimic, doar că membrul drept al primei ecuații este 00:
    {a1+19r=0a1+59r=−80\begin{cases} a_1 + 19r = 0 \\ a_1 + 59r = -80 \end{cases}
    40r=−80−0=−80r=−2\begin{aligned} 40r &= -80 - 0 = -80 \\ r &= -2 \end{aligned}
    Scazi prima ecuație din a doua: 59r−19r=40r59r - 19r = 40r.

    Verifică-te

    Din prima ecuație, a1+19⋅(−2)=0a_1 + 19 \cdot (-2) = 0. Cât este a1a_1?
  2. 2. Verificăm

    a20=38+19⋅(−2)=38−38=0a_{20} = 38 + 19 \cdot (-2) = 38 - 38 = 0 ✓

    a60=38+59⋅(−2)=38−118=−80a_{60} = 38 + 59 \cdot (-2) = 38 - 118 = -80 ✓

    Se verifică amândouă, deci a1=38a_1 = 38 și r=−2r = -2.

Răspuns
a1=38a_1 = 38 și r=−2r = -2.

d)a4+a10=−5a_4 + a_{10} = -5, 2a1−4a7=112a_1 - 4a_7 = 11

Scrie fiecare termen cu an=a1+(n−1)ra_n = a_1 + (n - 1)r. La a doua condiție, înmulțește −4-4 cu fiecare termen din paranteză.
  1. 1. Ce ni se cere

    Acum condițiile nu mai dau termeni, ci combinații de termeni: o sumă și o expresie cu coeficienți. Ți se cer, ca la celelalte puncte, a1a_1 și rr.

    Metoda e cea din exemplul rezolvat 6 al culegerii: scrii fiecare termen prin a1a_1 și rr, ca să rămână două necunoscute, și rezolvi sistemul.

  2. 2. Condițiile devin un sistem

    Cu an=a1+(n−1)ra_n = a_1 + (n - 1)r ai a4=a1+3ra_4 = a_1 + 3r, a10=a1+9ra_{10} = a_1 + 9r și a7=a1+6ra_7 = a_1 + 6r. Prima condiție:
    (a1+3r)+(a1+9r)=−52a1+12r=−5\begin{aligned} (a_1 + 3r) + (a_1 + 9r) &= -5 \\ 2a_1 + 12r &= -5 \end{aligned}
    A doua condiție are un minus în fața unui termen cu paranteză, așa că ai grijă la semne:
    2a1−4(a1+6r)=112a_1 - 4(a_1 + 6r) = 11

    Verifică-te

    Cât este membrul stâng, după ce desfaci paranteza și aduni termenii asemenea?
    Sistemul este:
    {2a1+12r=−5−2a1−24r=11\begin{cases} 2a_1 + 12r = -5 \\ -2a_1 - 24r = 11 \end{cases}
  3. 3. Reducem pe a1a_1 și aflăm rr

    Coeficienții lui a1a_1 sunt deja opuși, 22 și −2-2, deci nu trebuie să înmulțești nimic. Aduni ecuațiile membru cu membru (metoda reducerii, din gimnaziu):
    12r−24r=−5+1112r - 24r = -5 + 11
    −12r=6⇒r=−12-12r = 6 \quad\Rightarrow\quad r = -\frac12
    Împarți 66 la −12-12: rezultatul este negativ.

    Verifică-te

    Înlocuiești în prima ecuație: 2a1+12⋅(−12)=−52a_1 + 12 \cdot \left(-\frac12\right) = -5. Cât este a1a_1?
  4. 4. Verificăm în enunț

    Cu a1=0,5a_1 = 0{,}5 și r=−0,5r = -0{,}5: a4=0,5−1,5=−1a_4 = 0{,}5 - 1{,}5 = -1, a10=0,5−4,5=−4a_{10} = 0{,}5 - 4{,}5 = -4 și a7=0,5−3=−2,5a_7 = 0{,}5 - 3 = -2{,}5.

    a4+a10=−1−4=−5a_4 + a_{10} = -1 - 4 = -5 ✓

    2a1−4a7=1−4⋅(−2,5)=1+10=112a_1 - 4a_7 = 1 - 4 \cdot (-2{,}5) = 1 + 10 = 11 ✓

Răspuns
a1=12a_1 = \frac12 și r=−12r = -\frac12.

e)a1+a7=42a_1 + a_7 = 42, a6−a3=9a_6 - a_3 = 9

Scrie termenii prin a1a_1 și rr. A doua condiție conține a1a_1 de două ori, cu semne opuse.
  1. 1. Condițiile devin un sistem

    Metoda e cea de la d). Cu a7=a1+6ra_7 = a_1 + 6r, a6=a1+5ra_6 = a_1 + 5r și a3=a1+2ra_3 = a_1 + 2r, cele două condiții sunt:
    a1+(a1+6r)=42(a1+5r)−(a1+2r)=9\begin{aligned} a_1 + (a_1 + 6r) &= 42 \\ (a_1 + 5r) - (a_1 + 2r) &= 9 \end{aligned}
    Strângi termenii:
    {2a1+6r=423r=9\begin{cases} 2a_1 + 6r = 42 \\ 3r = 9 \end{cases}
    În a doua ecuație a1a_1 se reduce singur: a1−a1=0a_1 - a_1 = 0.

    Verifică-te

    A doua ecuație conține doar pe rr. Cât este rr?
  2. 2. Aflăm a1a_1 și verificăm

    Înlocuiești r=3r = 3 în prima ecuație:
    2a1+6⋅3=422a1=24a1=12\begin{aligned} 2a_1 + 6 \cdot 3 &= 42 \\ 2a_1 &= 24 \\ a_1 &= 12 \end{aligned}
    Verificare: a7=12+18=30a_7 = 12 + 18 = 30, deci a1+a7=42a_1 + a_7 = 42 ✓. a6=12+15=27a_6 = 12 + 15 = 27 și a3=12+6=18a_3 = 12 + 6 = 18, deci a6−a3=9a_6 - a_3 = 9 ✓.
Răspuns
a1=12a_1 = 12 și r=3r = 3.

f)a2+a4=16a_2 + a_4 = 16, a1⋅a5=28a_1 \cdot a_5 = 28

Prima condiție este liniară și îți dă a1a_1 în funcție de rr. Înlocuiește în a doua și rezolvi o ecuație în rr cu r2r^2.
  1. 1. Condițiile prin a1a_1 și rr

    Metoda rămâne aceeași, dar a doua condiție are un produs, deci sistemul nu mai e liniar.

    Scrii termenii: a2=a1+ra_2 = a_1 + r, a4=a1+3ra_4 = a_1 + 3r și a5=a1+4ra_5 = a_1 + 4r. Prima condiție dă o ecuație liniară:

    (a1+r)+(a1+3r)=162a1+4r=16\begin{aligned} (a_1 + r) + (a_1 + 3r) &= 16 \\ 2a_1 + 4r &= 16 \end{aligned}
    Împarți prin 2 și exprimi pe a1a_1 cu ajutorul lui rr (metoda substituției, din gimnaziu):
    a1+2r=8a1=8−2r\begin{aligned} a_1 + 2r &= 8 \\ a_1 &= 8 - 2r \end{aligned}

    Verifică-te

    Dacă a1=8−2ra_1 = 8 - 2r, cât este a5=a1+4ra_5 = a_1 + 4r?
  2. 2. A doua condiție dă o ecuație în rr

    Înlocuiești a1=8−2ra_1 = 8 - 2r și a5=8+2ra_5 = 8 + 2r în a1⋅a5=28a_1 \cdot a_5 = 28:
    (8−2r)(8+2r)=28(8 - 2r)(8 + 2r) = 28
    Produsul este o diferență de pătrate, (x−y)(x+y)=x2−y2(x - y)(x + y) = x^2 - y^2 (formulă din gimnaziu):
    64−4r2=284r2=36r2=9\begin{aligned} 64 - 4r^2 &= 28 \\ 4r^2 &= 36 \\ r^2 &= 9 \end{aligned}
    Ecuația r2=9r^2 = 9 are două soluții, r=3r = 3 și r=−3r = -3. Ambele sunt bune, pentru că enunțul nu impune nimic asupra semnului rației. Pentru fiecare, a1=8−2ra_1 = 8 - 2r:
    rra1=8−2ra_1 = 8 - 2r
    338−6=28 - 6 = 2
    −3-38+6=148 + 6 = 14
  3. 3. Verificăm ambele soluții

    a1=2a_1 = 2, r=3r = 3: a2=5a_2 = 5, a4=11a_4 = 11, deci a2+a4=16a_2 + a_4 = 16 ✓. a5=14a_5 = 14, deci a1⋅a5=2⋅14=28a_1 \cdot a_5 = 2 \cdot 14 = 28 ✓.

    a1=14a_1 = 14, r=−3r = -3: a2=11a_2 = 11, a4=5a_4 = 5, deci a2+a4=16a_2 + a_4 = 16 ✓. a5=2a_5 = 2, deci a1⋅a5=14⋅2=28a_1 \cdot a_5 = 14 \cdot 2 = 28 ✓.

    Cele două progresii sunt una „în oglindă” față de cealaltă: 2,5,8,11,142, 5, 8, 11, 14 și 14,11,8,5,214, 11, 8, 5, 2.

Răspuns
Sunt două soluții: a1=2a_1 = 2 și r=3r = 3, sau a1=14a_1 = 14 și r=−3r = -3.

g)a1+a2+a3=24a_1 + a_2 + a_3 = 24, a2+a3+a3=36a_2 + a_3 + a_3 = 36

Scrie a2=a1+ra_2 = a_1 + r și a3=a1+2ra_3 = a_1 + 2r. În a doua condiție, a3a_3 apare de două ori, deci se numără de două ori.
  1. 1. Condițiile devin un sistem

    Rezolvăm condițiile așa cum sunt tipărite (vezi nota de sub enunț). Cu a2=a1+ra_2 = a_1 + r și a3=a1+2ra_3 = a_1 + 2r, prima condiție este:
    a1+(a1+r)+(a1+2r)=24\begin{aligned} &a_1 + (a_1 + r) \\ &\quad + (a_1 + 2r) = 24 \end{aligned}
    3a1+3r=243a_1 + 3r = 24
    A doua condiție conține pe a3a_3 de două ori, deci și a1+2ra_1 + 2r se scrie de două ori:
    (a1+r)+(a1+2r)+(a1+2r)=36\begin{aligned} &(a_1 + r) + (a_1 + 2r) \\ &\quad + (a_1 + 2r) = 36 \end{aligned}

    Verifică-te

    Cât este suma, după ce strângi termenii asemenea?
    {3a1+3r=243a1+5r=36\begin{cases} 3a_1 + 3r = 24 \\ 3a_1 + 5r = 36 \end{cases}
  2. 2. Scădem ecuațiile și aflăm rr

    Coeficienții lui a1a_1 sunt egali, deci scazi prima ecuație din a doua. 3a13a_1 dispare:
    (3a1+5r)−(3a1+3r)=36−242r=12⇒r=6\begin{aligned} &(3a_1 + 5r) - (3a_1 + 3r) \\ &\quad = 36 - 24 \\ &2r = 12 \quad\Rightarrow\quad r = 6 \end{aligned}
    Prima ecuație se poate împărți prin 3: a1+r=8a_1 + r = 8, deci a1=8−6=2a_1 = 8 - 6 = 2.
  3. 3. Verificăm în enunț

    Cu a1=2a_1 = 2 și r=6r = 6: a2=8a_2 = 8 și a3=14a_3 = 14.

    a1+a2+a3=2+8+14=24a_1 + a_2 + a_3 = 2 + 8 + 14 = 24 ✓

    a2+a3+a3=8+14+14=36a_2 + a_3 + a_3 = 8 + 14 + 14 = 36 ✓

Răspuns
a1=2a_1 = 2 și r=6r = 6.

h)a2−a6+a4=7a_2 - a_6 + a_4 = 7, a8−a7=2a4a_8 - a_7 = 2a_4

Scrie fiecare termen prin a1a_1 și rr și simplifică. La a doua condiție, a4a_4 este în membrul drept: mută-l în stânga.
  1. 1. Simplificăm fiecare condiție

    Prima condiție, cu a2=a1+ra_2 = a_1 + r, a6=a1+5ra_6 = a_1 + 5r și a4=a1+3ra_4 = a_1 + 3r:
    (a1+r)−(a1+5r)+(a1+3r)=7\begin{aligned} &(a_1 + r) - (a_1 + 5r) \\ &\quad + (a_1 + 3r) = 7 \end{aligned}

    Verifică-te

    Cât este membrul stâng, după ce strângi termenii asemenea?
    Prima ecuație este a1−r=7a_1 - r = 7. A doua condiție, cu a8=a1+7ra_8 = a_1 + 7r, a7=a1+6ra_7 = a_1 + 6r și a4=a1+3ra_4 = a_1 + 3r:
    a8−a7=r2a4=2a1+6rr=2a1+6r0=2a1+5r\begin{aligned} a_8 - a_7 &= r \\ 2a_4 &= 2a_1 + 6r \\ r &= 2a_1 + 6r \\ 0 &= 2a_1 + 5r \end{aligned}
    Diferența a8−a7=(a1+7r)−(a1+6r)a_8 - a_7 = (a_1 + 7r) - (a_1 + 6r) este exact rația. Apoi muți rr în dreapta.
    {a1−r=72a1+5r=0\begin{cases} a_1 - r = 7 \\ 2a_1 + 5r = 0 \end{cases}
  2. 2. Rezolvăm sistemul și verificăm

    Din prima ecuație, a1=7+ra_1 = 7 + r. Înlocuiești în a doua (metoda substituției, din gimnaziu):
    2(7+r)+5r=014+7r=0r=−2\begin{aligned} 2(7 + r) + 5r &= 0 \\ 14 + 7r &= 0 \\ r &= -2 \end{aligned}
    Atunci a1=7+(−2)=5a_1 = 7 + (-2) = 5.
    Verificare: a2=3a_2 = 3, a6=−5a_6 = -5, a4=−1a_4 = -1, deci a2−a6+a4=3+5−1=7a_2 - a_6 + a_4 = 3 + 5 - 1 = 7 ✓. a8=−9a_8 = -9 și a7=−7a_7 = -7, deci a8−a7=−2a_8 - a_7 = -2, iar 2a4=−22a_4 = -2 ✓.
Răspuns
a1=5a_1 = 5 și r=−2r = -2.

i)a2+a5−a8=6a_2 + a_5 - a_8 = 6, a1+a6=−1a_1 + a_6 = -1

Scrie termenii prin a1a_1 și rr. Prima condiție se simplifică mult. La final, rația iese fracție.
  1. 1. Simplificăm fiecare condiție

    Cu a2=a1+ra_2 = a_1 + r, a5=a1+4ra_5 = a_1 + 4r, a8=a1+7ra_8 = a_1 + 7r și a6=a1+5ra_6 = a_1 + 5r, cele două condiții sunt:
    (a1+r)+(a1+4r)−(a1+7r)=6\begin{aligned} &(a_1 + r) + (a_1 + 4r) \\ &\quad - (a_1 + 7r) = 6 \end{aligned}
    a1+(a1+5r)=−1a_1 + (a_1 + 5r) = -1

    Verifică-te

    Cât este membrul stâng al primei ecuații, după ce strângi termenii asemenea?
    {a1−2r=62a1+5r=−1\begin{cases} a_1 - 2r = 6 \\ 2a_1 + 5r = -1 \end{cases}
    A doua ecuație: a1+a1=2a1a_1 + a_1 = 2a_1 și 5r5r rămâne.
  2. 2. Substituție și aflăm rr

    Din prima ecuație, a1=6+2ra_1 = 6 + 2r. Înlocuiești în a doua:
    2(6+2r)+5r=−112+9r=−19r=−13\begin{aligned} 2(6 + 2r) + 5r &= -1 \\ 12 + 9r &= -1 \\ 9r &= -13 \end{aligned}
    r=−139r = -\frac{13}{9}
    Fracția nu se simplifică, deoarece 13 este prim. Nu te speria: rația nu trebuie să fie număr întreg.

    Verifică-te

    Cât este a1=6+2r=6+2⋅(−139)a_1 = 6 + 2r = 6 + 2 \cdot \left(-\frac{13}{9}\right)?
  3. 3. Verificăm în enunț

    Cu fracții, a1=289a_1 = \frac{28}{9} și r=−139r = -\frac{13}{9} (toate au numitorul 9):
    a2=159a5=−249a8=−639\begin{aligned} a_2 &= \frac{15}{9} \\ a_5 &= -\frac{24}{9} \\ a_8 &= -\frac{63}{9} \end{aligned}
    a2+a5−a8=15−24+639=549=6\begin{aligned} a_2 + a_5 - a_8 &= \frac{15 - 24 + 63}{9} \\ &= \frac{54}{9} = 6 \end{aligned}
    a6=28−659=−379a_6 = \frac{28 - 65}{9} = -\frac{37}{9}, deci a1+a6=28−379=−1a_1 + a_6 = \frac{28 - 37}{9} = -1 ✓. Ambele condiții se verifică.
Răspuns
a1=289a_1 = \frac{28}{9} și r=−139r = -\frac{13}{9}.

j)a1⋅a2⋅a3=120a_1 \cdot a_2 \cdot a_3 = 120, a1+a2+a3=15a_1 + a_2 + a_3 = 15

Suma celor trei termeni, scrisă prin a1a_1 și rr, se simplifică: ce termen rămâne? Apoi produsul devine o diferență de pătrate.
  1. 1. Suma ne dă termenul a2a_2

    Metoda e aceeași: scrii termenii prin a1a_1 și rr. Sunt trei termeni consecutivi, a1a_1, a2=a1+ra_2 = a_1 + r și a3=a1+2ra_3 = a_1 + 2r, iar prima condiție (suma) este:
    a1+(a1+r)+(a1+2r)=15\begin{aligned} &a_1 + (a_1 + r) \\ &\quad + (a_1 + 2r) = 15 \end{aligned}
    3a1+3r=153a_1 + 3r = 15
    Împarți ambii membri prin 3. Observă că a1+ra_1 + r este chiar a2a_2.

    Verifică-te

    Cât este a2a_2?
  2. 2. Produsul dă o ecuație în rr

    Din a2=5a_2 = 5 rezultă a1=5−ra_1 = 5 - r și a3=a1+2r=5+ra_3 = a_1 + 2r = 5 + r. Cei trei termeni sunt 5−r5 - r, 55 și 5+r5 + r, iar produsul lor este 120120:
    (5−r)⋅5⋅(5+r)=120(5 - r) \cdot 5 \cdot (5 + r) = 120
    Împarți prin 5, apoi folosești diferența de pătrate (din gimnaziu):
    25−r2=24⇒r2=125 - r^2 = 24 \quad\Rightarrow\quad r^2 = 1
    Ecuația r2=1r^2 = 1 are două soluții, r=1r = 1 și r=−1r = -1. Enunțul nu impune semnul rației, deci ambele se păstrează. Pentru fiecare, a1=a2−r=5−ra_1 = a_2 - r = 5 - r:
    rra1=5−ra_1 = 5 - r
    1144
    −1-166
  3. 3. Verificăm ambele soluții

    a1=4a_1 = 4, r=1r = 1: termenii sunt 4,5,64, 5, 6. Suma 1515 ✓, produsul 4⋅5⋅6=1204 \cdot 5 \cdot 6 = 120 ✓.

    a1=6a_1 = 6, r=−1r = -1: termenii sunt 6,5,46, 5, 4. Suma 1515 ✓, produsul 120120 ✓.

    Sunt aceleași trei numere, în ordine crescătoare sau descrescătoare.

Răspuns
Sunt două soluții: a1=4a_1 = 4 și r=1r = 1, sau a1=6a_1 = 6 și r=−1r = -1.