Progressão aritmética




Uma progressão aritmética (abreviadamente, P. A.) é uma sequência numérica em que cada termo, a partir do segundo, é igual à soma do termo anterior com uma constante r.{displaystyle r.}r. O número r{displaystyle r}r é chamado de razão ou diferença comum da progressão aritmética.[1][2][3]




Índice






  • 1 Definição


    • 1.1 Exemplos




  • 2 Fórmula do termo geral


    • 2.1 Demonstração


    • 2.2 Propriedades




  • 3 Soma dos termos de uma progressão aritmética


    • 3.1 Demonstrações




  • 4 Interpolação aritmética


  • 5 Tipos de progressões aritméticas


    • 5.1 Progressão aritmética constante


    • 5.2 Progressão aritmética crescente


    • 5.3 Progressão aritmética decrescente


    • 5.4 Progressão aritmética de segunda ordem


    • 5.5 Progressão aritmética de ordem qualquer




  • 6 Progressões Aritmético-Geométricas


  • 7 Ver também


  • 8 Referências





Definição |


Uma progressão aritmética é uma sequência numérica (an)n∈N{displaystyle (a_{n})_{nin mathbb {N} }}(a_n)_{ninmathbb{N}} definida recursivamente por:[2][3]




an=an−1+r,n>1,{displaystyle a_{n}=a_{n-1}+r,quad n>1,}

{displaystyle a_{n}=a_{n-1}+r,quad n>1,}

onde o primeiro termo, a1,{displaystyle a_{1},}{displaystyle a_{1},} é um número dado. O número r{displaystyle r}r é chamado de razão da progressão aritmética.


Notamos que:




r=an−an−1,n>1.{displaystyle r=a_{n}-a_{n-1},quad n>1.}

{displaystyle r=a_{n}-a_{n-1},quad n>1.}



Exemplos |


Alguns exemplos de progressões aritméticas:




  • (1, 4, 7, 10, 13, …){displaystyle (1,~4,~7,~10,~13,~ldots )}(1,~4,~7,~10,~13,~ldots ) é uma progressão aritmética em que o primeiro termo a1{displaystyle a_{1}}a_1 é igual a 1{displaystyle 1}1 e a razão r{displaystyle r}r é igual a 3.{displaystyle 3.}{displaystyle 3.}


  • (−2, −4, −6, −8, −10, …){displaystyle (-2,~-4,~-6,~-8,~-10,~ldots )}(-2,~-4,~-6,~-8,~-10,~ldots ) é uma P.A. em que a1=−2{displaystyle a_{1}=-2}a_{1}=-2 e r=−2.{displaystyle r=-2.}r=-2.


  • (6, 6, 6, 6, 6, …){displaystyle (6,~6,~6,~6,~6,~ldots )}(6,~6,~6,~6,~6,~ldots ) é uma P.A. com a1=6{displaystyle a_{1}=6}a_{1}=6 e r=0.{displaystyle r=0.}r=0.



Fórmula do termo geral |


O n-ésimo termo de uma progressão aritmética, denotado por an,{displaystyle a_{n},}a_{n}, pode ser obtido por meio da fórmula:[1][2][3]



an=a1+(n−1)⋅r,{displaystyle a_{n}=a_{1}+(n-1)cdot r,}

{displaystyle a_{n}=a_{1}+(n-1)cdot r,}

em que:



  • a1{displaystyle a_{1}}a_1 é o primeiro termo;


  • r{displaystyle r}r é a razão.



Demonstração |


A fórmula do termo geral pode ser demonstrada por indução matemática:



  • Ela é válida para o segundo termo pois, por definição, cada termo é igual ao anterior mais uma constante fixa r e portanto a2=a1+1⋅r;{displaystyle a_{2}=a_{1}+1cdot r;}a_{2}=a_{1}+1cdot r;

  • Assumindo como hipótese de indução que a fórmula é válida para n−1,{displaystyle n-1,}n-1, ou seja, que an−1=a1+(n−2)⋅r,{displaystyle a_{n-1}=a_{1}+(n-2)cdot r,}a_{{n-1}}=a_{1}+(n-2)cdot r, resulta que o n-ésimo termo é dado por:




an=an−1+r=(a1+(n−2)⋅r)+r=a1+((n−2)⋅r+r)=a1+(n−1)⋅r.{displaystyle a_{n}=a_{n-1}+r=(a_{1}+(n-2)cdot r)+r=a_{1}+((n-2)cdot r+r)=a_{1}+(n-1)cdot r.}

{displaystyle a_{n}=a_{n-1}+r=(a_{1}+(n-2)cdot r)+r=a_{1}+((n-2)cdot r+r)=a_{1}+(n-1)cdot r.}



Propriedades |


Como consequência direta da fórmula do termo geral, vemos que o n{displaystyle n}n-ésimo termo de uma P.A. pode ser obtido como função do m{displaystyle m}m-ésimo termo por:




an=am+(n−m)⋅r.{displaystyle a_{n}=a_{m}+(n-m)cdot r.}

{displaystyle a_{n}=a_{m}+(n-m)cdot r.}

efeito, am+(n−m)r=a1+(m−1)r+(n−m)r=a1+(n−1)r=an.{displaystyle a_{m}+(n-m)r=a_{1}+(m-1)r+(n-m)r=a_{1}+(n-1)r=a_{n}.}{displaystyle a_{m}+(n-m)r=a_{1}+(m-1)r+(n-m)r=a_{1}+(n-1)r=a_{n}.}


Além disso, também é consequência direta da fórmula do termo geral que:




an=an−1+an+12,n>1{displaystyle a_{n}={frac {a_{n-1}+a_{n+1}}{2}},quad n>1}

{displaystyle a_{n}={frac {a_{n-1}+a_{n+1}}{2}},quad n>1}

ou seja, a partir do segunda termo, o termo central é a média aritmética do termo antecessor e do sucessor. De fato:




an−1+an+12=a1+(n−2)r+a1+nr2=2(a1+(n−1)r)2=an.{displaystyle {frac {a_{n-1}+a_{n+1}}{2}}={frac {a_{1}+(n-2)r+a_{1}+nr}{2}}={frac {2(a_{1}+(n-1)r)}{2}}=a_{n}.}

{displaystyle {frac {a_{n-1}+a_{n+1}}{2}}={frac {a_{1}+(n-2)r+a_{1}+nr}{2}}={frac {2(a_{1}+(n-1)r)}{2}}=a_{n}.}



Soma dos termos de uma progressão aritmética |




A soma dos termos dos extremos é igual à soma dos termos equidistantes deles


A soma dos termos de uma progressão aritmética situados no intervalo fechado de ap{displaystyle a_{p}}a_p até aq{displaystyle a_{q}}a_q é dada pelo produto do número de termos no intervalo, (q - p + 1), pela média aritmética dos extremos do intervalo. Ou seja, pela seguinte fórmula:



S(p,q)=(q−p+1)⋅(ap+aq)2.{displaystyle S_{(p,q)}={frac {(q-p+1)cdot (a_{p}+a_{q})}{2}}.}

{displaystyle S_{(p,q)}={frac {(q-p+1)cdot (a_{p}+a_{q})}{2}}.}

Em particular, para somar os n primeiros termos, pode-se utilizar a seguinte simplificação da fórmula anterior:



Sn=n⋅(a1+an)2{displaystyle S_{n}={frac {ncdot left(a_{1}+a_{n}right)}{2}}}

{displaystyle S_{n}={frac {ncdot left(a_{1}+a_{n}right)}{2}}}

ou

Sn=n2⋅(a1+an){displaystyle S_{n}={frac {n}{2}}cdot left(a_{1}+a_{n}right)}

{displaystyle S_{n}={frac {n}{2}}cdot left(a_{1}+a_{n}right)}

Exemplo: Seja PA=(10,8,6,4,2),{displaystyle PA=(10,8,6,4,2),}{displaystyle PA=(10,8,6,4,2),} qual é a soma dos 4 primeiros números?




S4=42⋅(10+4)S4=2⋅14S4=28{displaystyle {begin{aligned}S_{4}&={frac {4}{2}}cdot left(10+4right)\S_{4}&=2cdot 14\S_{4}&=28end{aligned}}}

{displaystyle {begin{aligned}S_{4}&={frac {4}{2}}cdot left(10+4right)\S_{4}&=2cdot 14\S_{4}&=28end{aligned}}}



Demonstrações |


Considerando a PA (a1,a2,a3,...,an−1,an),{displaystyle (a_{1},a_{2},a_{3},...,a_{n-1},a_{n}),}(a_{1},a_{2},a_{3},...,a_{{n-1}},a_{n}), a soma Sn{displaystyle S_{n}}S_{n} de todos os termos dessa progressão pode ser escrita assim:




Sn=a1+a2+...+an−1+an{displaystyle S_{n}=a_{1}+a_{2}+...+a_{n-1}+a_{n}}

{displaystyle S_{n}=a_{1}+a_{2}+...+a_{n-1}+a_{n}}


Sn=an+an−1+...+a2+a1{displaystyle S_{n}=a_{n}+a_{n-1}+...+a_{2}+a_{1}}

{displaystyle S_{n}=a_{n}+a_{n-1}+...+a_{2}+a_{1}}

Somando membro a membro, obtemos:




2Sn=(a1+an)+(a2+an−1)+...+(an−1+a2)+(an+a1){displaystyle 2S_{n}=(a_{1}+a_{n})+(a_{2}+a_{n-1})+...+(a_{n-1}+a_{2})+(a_{n}+a_{1})}

{displaystyle 2S_{n}=(a_{1}+a_{n})+(a_{2}+a_{n-1})+...+(a_{n-1}+a_{2})+(a_{n}+a_{1})}


2Sn=(a1+an)+(a2+an−1)+...+(a2+an−1)+(a1+an){displaystyle 2S_{n}=(a_{1}+a_{n})+(a_{2}+a_{n-1})+...+(a_{2}+a_{n-1})+(a_{1}+a_{n})}

{displaystyle 2S_{n}=(a_{1}+a_{n})+(a_{2}+a_{n-1})+...+(a_{2}+a_{n-1})+(a_{1}+a_{n})}

Todos os pares entre parênteses têm o mesmo valor por serem simétricos em relação aos extremos da PA




(a2+an−1)=(a1+r+an−r)=(a1+an){displaystyle (a_{2}+a_{n-1})=(a_{1}+r+a_{n}-r)=(a_{1}+a_{n})}

{displaystyle (a_{2}+a_{n-1})=(a_{1}+r+a_{n}-r)=(a_{1}+a_{n})}


(a3+an−2)=(a1+2r+an−2r)=(a1+an){displaystyle (a_{3}+a_{n-2})=(a_{1}+2r+a_{n}-2r)=(a_{1}+a_{n})}

{displaystyle (a_{3}+a_{n-2})=(a_{1}+2r+a_{n}-2r)=(a_{1}+a_{n})}

e assim por diante




2Sn=(a1+an)+(a1+an)+...+(a1+an)+(a1+an){displaystyle 2S_{n}=(a_{1}+a_{n})+(a_{1}+a_{n})+...+(a_{1}+a_{n})+(a_{1}+a_{n})}

{displaystyle 2S_{n}=(a_{1}+a_{n})+(a_{1}+a_{n})+...+(a_{1}+a_{n})+(a_{1}+a_{n})}

Então, como há n{displaystyle n}n pares de termos:




2Sn=(a1+an)⋅n{displaystyle 2S_{n}=(a_{1}+a_{n})cdot n}

{displaystyle 2S_{n}=(a_{1}+a_{n})cdot n}


Sn=(a1+an)⋅n2{displaystyle S_{n}={frac {(a_{1}+a_{n})cdot n}{2}}}

{displaystyle S_{n}={frac {(a_{1}+a_{n})cdot n}{2}}}



Interpolação aritmética |


Dada uma sequência finita (a1, a2, …, an),{displaystyle (a_{1},~a_{2},~ldots ,~a_{n}),}{displaystyle (a_{1},~a_{2},~ldots ,~a_{n}),} chamamos a1{displaystyle a_{1}}a_1 e an{displaystyle a_{n}}a_n de termos extremos e os demais de termos meios. Interpolação aritmética é o procedimento de inserir (interpolar) k{displaystyle k}k meios entre dois números dados a{displaystyle a}a e b,{displaystyle b,}b, de forma a obtermos uma progressão aritmética de n=k+2{displaystyle n=k+2}n=k+2 termos, sendo a{displaystyle a}a e b{displaystyle b}b seus extremos.[2]


A P.A. que corresponde a interpolação aritmética de k{displaystyle k}k termos meios entre dois números dados a{displaystyle a}a e b{displaystyle b}b tem primeiro termo a1=a{displaystyle a_{1}=a}a_{1}=a e razão:




r=b−ak+1.{displaystyle r={frac {b-a}{k+1}}.}

{displaystyle r={frac {b-a}{k+1}}.}

Com efeito, vemos que tomando n=k+2,{displaystyle n=k+2,}{displaystyle n=k+2,} temos a fórmula do termo geral da P.A. nos garante que:




an=a+(k+2−1)b−ak+1=b{displaystyle a_{n}=a+(k+2-1){frac {b-a}{k+1}}=b}

{displaystyle a_{n}=a+(k+2-1){frac {b-a}{k+1}}=b}

como queríamos.



Tipos de progressões aritméticas |



Progressão aritmética constante |


Uma progressão aritmética constante ou estacionária é toda progressão aritmética em que todos os termos são iguais, sendo que para isso a razão r tem que ser sempre igual a zero.[2][3]


Exemplos de progressões aritméticas constantes:




  • (5, 5, 5, 5, 5, 5, …){displaystyle (5,~5,~5,~5,~5,~5,~ldots )}(5,~5,~5,~5,~5,~5,~ldots ) tem razão r = 0


  • (0, 0, 0, 0, 0, 0, …){displaystyle (0,~0,~0,~0,~0,~0,~ldots )}(0,~0,~0,~0,~0,~0,~ldots ) tem razão r = 0



Progressão aritmética crescente |


Uma progressão aritmética crescente é toda progressão aritmética em que cada termo, a partir do segundo, é maior que o termo que o antecede, sendo que para isso a razão r tem que ser sempre maior que zero (r>0).[2][3]


Exemplos de progressões aritméticas crescentes:




  • (2, 4, 6, 8, 10, …){displaystyle (2,~4,~6,~8,~10,~ldots )}(2,~4,~6,~8,~10,~ldots ) com razão r = 2


  • (3, 6, 9, 12, 15, …){displaystyle (3,~6,~9,~12,~15,~ldots )}(3,~6,~9,~12,~15,~ldots ) com razão r = 3



Progressão aritmética decrescente |


Uma progressão aritmética decrescente é toda progressão aritmética em que cada termo, a partir do segundo, é menor que o termo que o antecede, sendo que para isso a razão r tem que ser sempre menor do que zero (r<0).[2][3]


Exemplos de progressões aritméticas decrescentes:




  • (6, 4, 2, 0, −2, …){displaystyle (6,~4,~2,~0,~-2,~ldots )}(6,~4,~2,~0,~-2,~ldots ) tem razão igual a -2


  • (6, 3, 0, −3, −6, …){displaystyle (6,~3,~0,~-3,~-6,~ldots )}(6,~3,~0,~-3,~-6,~ldots ) tem razão igual a -3



Progressão aritmética de segunda ordem |


Uma progressão aritmética de segunda ordem é uma sequência de números (an){displaystyle (a_{n})}(a_n) em que as diferenças entre os termos consecutivos Δan=an+1−an{displaystyle Delta a_{n}=a_{n+1}-a_{n}}Delta a_{n}=a_{{n+1}}-a_{n} forma uma progressão aritmética.[4] Por exemplo, a sequência:




(1, 3, 7, 13, 21, 31, …){displaystyle (1,~3,~7,~13,~21,~31,~ldots )}

{displaystyle (1,~3,~7,~13,~21,~31,~ldots )}

uma progressão aritmética de segunda ordem, onde a diferença entre os termos consecutivos an){displaystyle (Delta a_{n})}(Delta a_{n}) é uma progressão aritmética de primeiro termo Δa1=2{displaystyle Delta a_{1}=2}Delta a_{1}=2 e razão r=2.{displaystyle r=2.}{displaystyle r=2.}


De forma geral, uma progressão aritmética de ordem k≥2{displaystyle kgeq 2}{displaystyle kgeq 2} é uma sequência de números em que as diferenças entre termos consecutivos formam uma progressão aritmética de ordem k−1.{displaystyle k-1.}{displaystyle k-1.} [4][5].



Progressão aritmética de ordem qualquer |


Generalizando-se para o caso de uma sequência de ordem k, as fórmulas abaixo se aplicam para uma sequência de qualquer ordem.
O primeiro termo dessa sequência é aqui designado por r0,{displaystyle r_{0},}{displaystyle r_{0},} a razão primária (diferença entre dois termos consecutivos na sequência primária) por r1{displaystyle r_{1}}r_1 a razão secundária (diferença entre dois termos consecutivos na sequência formada pelas razões primárias) por r2,.{displaystyle r_{2},.}{displaystyle r_{2},.} .. a razão de ordem k por rk.{displaystyle r_{k}.}{displaystyle r_{k}.}
De modo semelhante ao fato de dois pontos serem suficientes para se determinar uma reta, com dois valores de uma sequência de ordem 1 (linear) e a posição que ocupam, é possível escrever a equação dessa sequência.
Para uma sequência de ordem 2, são necessários e suficientes 3 valores.
Em geral, para uma sequência de ordem k{displaystyle k}k são necessários k+1{displaystyle k+1}k+1 valores.
Para uma sequência de ordem k, o termo geral é calculado por:



an=∑m=0k(n−1m)rm{displaystyle a_{n}=displaystyle sum _{m=0}^{k}{n-1 choose m}r_{m}}

{displaystyle a_{n}=displaystyle sum _{m=0}^{k}{n-1 choose m}r_{m}}

Nota: os coeficientes (n−1m){displaystyle {n-1 choose m}}{displaystyle {n-1 choose m}} são chamados coeficientes binomiais e são definidos como:



(n−1m)=(n−1)!(n−1−m)!(m)!,{displaystyle {n-1 choose m}={frac {(n-1)!}{(n-1-m)!(m)!}},}

{displaystyle {n-1 choose m}={frac {(n-1)!}{(n-1-m)!(m)!}},}
onde n{displaystyle n}n e m{displaystyle m}m são inteiros, m≤n−1{displaystyle mleq n-1}{displaystyle mleq n-1} e x!=1×x{displaystyle x!=1times 2times ldots x}x!=1times 2times ldots x é o fatorial de x.

O coeficiente binomial (n−1m){displaystyle {n-1 choose m}}{displaystyle {n-1 choose m}} corresponde, em análise combinatória, ao número de combinações de n-1 elementos agrupados m a m.


A soma dos primeiros termos da sequência (Sn{displaystyle S_{n}}S_{n}) é calculada por:




Sn=∑m=0k(nm+1)rm{displaystyle S_{n}=displaystyle sum _{m=0}^{k}{n choose m+1}r_{m}}

{displaystyle S_{n}=displaystyle sum _{m=0}^{k}{n choose m+1}r_{m}}

Exemplificando:
1) Determinar o termo geral da sequência {4, 9, 16, 25, 36, 49...}. Sendo an{displaystyle a_{n}}a_n o n-ésimo termo dessa sequência. É possível ver que se trata de uma sequência de segunda ordem porque a razão secundária é constante (neste caso é igual a 2), como mostrado abaixo. Generalizando, em uma sequência de ordem k, a sua razão de ordem k é constante.



r0=a1=4{displaystyle r_{0}=a_{1}=4}

{displaystyle r_{0}=a_{1}=4}


r1=a2−a1=9−4=5{displaystyle r_{1}=a_{2}-a_{1}=9-4=5}

{displaystyle r_{1}=a_{2}-a_{1}=9-4=5}


r2=(16−9)−(9−4)=2{displaystyle r_{2}=(16-9)-(9-4)=2}

{displaystyle r_{2}=(16-9)-(9-4)=2}


r2=(25−16)−(16−9)=2{displaystyle r_{2}=(25-16)-(16-9)=2}

{displaystyle r_{2}=(25-16)-(16-9)=2}


r2=(36−25)−(25−16)=2{displaystyle r_{2}=(36-25)-(25-16)=2}

{displaystyle r_{2}=(36-25)-(25-16)=2}


      ⋮{displaystyle ~~~~~~vdots }

{displaystyle ~~~~~~vdots }


r2=(an−an−1)−(an−1−an−2)=2{displaystyle r_{2}=(a_{n}-a_{n-1})-(a_{n-1}-a_{n-2})=2}

{displaystyle r_{2}=(a_{n}-a_{n-1})-(a_{n-1}-a_{n-2})=2}

Aplicando-se a fórmula:



an=∑m=02(n−1m)rm=(n−10)r0+(n−11)r1+(n−12)r2{displaystyle a_{n}=displaystyle sum _{m=0}^{2}{n-1 choose m}r_{m}={n-1 choose 0}r_{0}+{n-1 choose 1}r_{1}+{n-1 choose 2}r_{2}}

{displaystyle a_{n}=displaystyle sum _{m=0}^{2}{n-1 choose m}r_{m}={n-1 choose 0}r_{0}+{n-1 choose 1}r_{1}+{n-1 choose 2}r_{2}}



an=(n−10)4+(n−11)5+(n−12)2{displaystyle a_{n}={n-1 choose 0}4+{n-1 choose 1}5+{n-1 choose 2}2}

{displaystyle a_{n}={n-1 choose 0}4+{n-1 choose 1}5+{n-1 choose 2}2}



an=4+5(n−1)+2(n−1)(n−2)2=1+2n+n2=(n+1)2{displaystyle a_{n}={4}+{5(n-1)}+{frac {2(n-1)(n-2)}{2}}={1}+{2n}+{n^{2}}={(n+1)^{2}}}

{displaystyle a_{n}={4}+{5(n-1)}+{frac {2(n-1)(n-2)}{2}}={1}+{2n}+{n^{2}}={(n+1)^{2}}}



an=(n+1)2{displaystyle a_{n}={(n+1)^{2}}}

{displaystyle a_{n}={(n+1)^{2}}}

2) Encontrar a soma dos n primeiros termos dessa sequência (Sn{displaystyle S_{n}}S_{n}).
De modo semelhante ao realizado acima:

Sn=∑m=02(nm+1)rm{displaystyle S_{n}=displaystyle sum _{m=0}^{2}{n choose m+1}r_{m}}

{displaystyle S_{n}=displaystyle sum _{m=0}^{2}{n choose m+1}r_{m}}



Sn=(n1)4+(n2)5+(n3)2{displaystyle S_{n}={n choose 1}4+{n choose 2}5+{n choose 3}2}

{displaystyle S_{n}={n choose 1}4+{n choose 2}5+{n choose 3}2}



Sn=n(4+5(n−1)2+(n−1)(n−2)3){displaystyle S_{n}={n}left(4+{frac {5(n-1)}{2}}+{frac {(n-1)(n-2)}{3}}right)}

{displaystyle S_{n}={n}left(4+{frac {5(n-1)}{2}}+{frac {(n-1)(n-2)}{3}}right)}

3) Em uma sequência de terceira ordem, o sétimo termo é igual a 345, o décimo termo é igual a 1002, o décimo quinto termo é igual a 3377 e o vigésimo quinto termo é igual a 15627.



a) Determine o trigésimo termo dessa sequência.

b) Escreva a equação que determina o n-ésimo termo dessa sequência em função de n.{displaystyle n.}n.


a) Usando-se os dados fornecidos (em azul) na fórmula do rn:{displaystyle r_{n}:}{displaystyle r_{n}:}



an=∑m=0k(n−1m)rm{displaystyle a_{n}=displaystyle sum _{m=0}^{k}{n-1 choose m}r_{m}}

{displaystyle a_{n}=displaystyle sum _{m=0}^{k}{n-1 choose m}r_{m}}



a7=∑m=03(7−1m)rm=∑m=03(6m)rm.{displaystyle a_{7}=sum _{m=0}^{3}{7-1 choose m}r_{m}=sum _{m=0}^{3}{6 choose m}r_{m}.}

{displaystyle a_{7}=sum _{m=0}^{3}{7-1 choose m}r_{m}=sum _{m=0}^{3}{6 choose m}r_{m}.}

Como a7=345,{displaystyle a_{7}=345,}{displaystyle a_{7}=345,} vem:




345=r0+r1(61)+r2(62)+r3(63){displaystyle 345=r_{0}+r_{1}{6 choose 1}+r_{2}{6 choose 2}+r_{3}{6 choose 3}}

{displaystyle 345=r_{0}+r_{1}{6 choose 1}+r_{2}{6 choose 2}+r_{3}{6 choose 3}}

Da mesma forma, para os outros dados:



1002=r0+r1(10−11)+r2(10−12)+r3(10−13)=r0+r1(91)+r2(92)+r3(93){displaystyle {color {blue}1002}=r_{0}+r_{1}{{color {blue}10}-1 choose 1}+r_{2}{{color {blue}10}-1 choose 2}+r_{3}{{color {blue}10}-1 choose 3}=r_{0}+r_{1}{9 choose 1}+r_{2}{9 choose 2}+r_{3}{9 choose 3}}

{displaystyle {color {blue}1002}=r_{0}+r_{1}{{color {blue}10}-1 choose 1}+r_{2}{{color {blue}10}-1 choose 2}+r_{3}{{color {blue}10}-1 choose 3}=r_{0}+r_{1}{9 choose 1}+r_{2}{9 choose 2}+r_{3}{9 choose 3}}



3377=r0+r1(15−11)+r2(15−12)+r3(15−13)=r0+r1(141)+r2(142)+r3(143){displaystyle {color {blue}3377}=r_{0}+r_{1}{{color {blue}15}-1 choose 1}+r_{2}{{color {blue}15}-1 choose 2}+r_{3}{{color {blue}15}-1 choose 3}=r_{0}+r_{1}{14 choose 1}+r_{2}{14 choose 2}+r_{3}{14 choose 3}}

{displaystyle {color {blue}3377}=r_{0}+r_{1}{{color {blue}15}-1 choose 1}+r_{2}{{color {blue}15}-1 choose 2}+r_{3}{{color {blue}15}-1 choose 3}=r_{0}+r_{1}{14 choose 1}+r_{2}{14 choose 2}+r_{3}{14 choose 3}}



15627=r0+r1(25−11)+r2(25−12)+r3(25−13)=r0+r1(241)+r2(242)+r3(243){displaystyle {color {blue}15627}=r_{0}+r_{1}{{color {blue}25}-1 choose 1}+r_{2}{{color {blue}25}-1 choose 2}+r_{3}{{color {blue}25}-1 choose 3}=r_{0}+r_{1}{24 choose 1}+r_{2}{24 choose 2}+r_{3}{24 choose 3}}

{displaystyle {color {blue}15627}=r_{0}+r_{1}{{color {blue}25}-1 choose 1}+r_{2}{{color {blue}25}-1 choose 2}+r_{3}{{color {blue}25}-1 choose 3}=r_{0}+r_{1}{24 choose 1}+r_{2}{24 choose 2}+r_{3}{24 choose 3}}

Desenvolvendo-se as expressões acima, obtemos esse sistema de equações lineares:

r0+6r1+15r2+20r3=345r0+9r1+36r2+84r3=1002r0+14r1+91r2+364r3=3377r0+24r1+276r2+2024r3=15627{displaystyle {begin{matrix}r_{0}+6r_{1}+15r_{2}+20r_{3}=345\r_{0}+9r_{1}+36r_{2}+84r_{3}=1002\r_{0}+14r_{1}+91r_{2}+364r_{3}=3377\r_{0}+24r_{1}+276r_{2}+2024r_{3}=15627\end{matrix}}}

{displaystyle {begin{matrix}r_{0}+6r_{1}+15r_{2}+20r_{3}=345\r_{0}+9r_{1}+36r_{2}+84r_{3}=1002\r_{0}+14r_{1}+91r_{2}+364r_{3}=3377\r_{0}+24r_{1}+276r_{2}+2024r_{3}=15627\end{matrix}}}

O conjunto solução desse sistema (S){displaystyle (S)}{displaystyle (S)} é:

S={r0=3r1=7r2=12r3=6}{displaystyle S={begin{Bmatrix}r_{0}=3\r_{1}=7\r_{2}=12\r_{3}=6\end{Bmatrix}}}

{displaystyle S={begin{Bmatrix}r_{0}=3\r_{1}=7\r_{2}=12\r_{3}=6\end{Bmatrix}}}

Aplicando-se a fórmula para o caso n=30,{displaystyle n=30,}{displaystyle n=30,} obtemos a30:{displaystyle a_{30}:}{displaystyle a_{30}:}

a30=∑m=03(30−1m)rm{displaystyle a_{30}=displaystyle sum _{m=0}^{3}{30-1 choose m}r_{m}}

{displaystyle a_{30}=displaystyle sum _{m=0}^{3}{30-1 choose m}r_{m}}


a30=r0+r1(30−11)+r2(30−12)+r3(30−13)=r0+r1(291)+r2(292)+r3(293){displaystyle a_{30}=r_{0}+r_{1}{{color {blue}30}-1 choose 1}+r_{2}{{color {blue}30}-1 choose 2}+r_{3}{{color {blue}30}-1 choose 3}=r_{0}+r_{1}{29 choose 1}+r_{2}{29 choose 2}+r_{3}{29 choose 3}}

{displaystyle a_{30}=r_{0}+r_{1}{{color {blue}30}-1 choose 1}+r_{2}{{color {blue}30}-1 choose 2}+r_{3}{{color {blue}30}-1 choose 3}=r_{0}+r_{1}{29 choose 1}+r_{2}{29 choose 2}+r_{3}{29 choose 3}}


a30=3+7(30−11)+12(30−12)+6(30−13)=3+7(291)+12(292)+6(293){displaystyle a_{30}=3+7{{color {blue}30}-1 choose 1}+12{{color {blue}30}-1 choose 2}+6{{color {blue}30}-1 choose 3}=3+7{29 choose 1}+12{29 choose 2}+6{29 choose 3}}

{displaystyle a_{30}=3+7{{color {blue}30}-1 choose 1}+12{{color {blue}30}-1 choose 2}+6{{color {blue}30}-1 choose 3}=3+7{29 choose 1}+12{29 choose 2}+6{29 choose 3}}

Calculando-se a expressão acima, obtém-se:

a30=27002{displaystyle a_{30}=27002}

{displaystyle a_{30}=27002}


b) De modo semelhante ao usado no exemplo 1, agora que possuímos os valores das razões r0,r1,r2{displaystyle r_{0},r_{1},r_{2}}{displaystyle r_{0},r_{1},r_{2}} e r3,{displaystyle r_{3},}{displaystyle r_{3},} basta substituir os seus valores na fórmula de an:{displaystyle a_{n}:}{displaystyle a_{n}:}



an=∑m=0k(n−1m)rm{displaystyle a_{n}=displaystyle sum _{m=0}^{k}{n-1 choose m}r_{m}}

{displaystyle a_{n}=displaystyle sum _{m=0}^{k}{n-1 choose m}r_{m}}


an=∑m=03(n−1m)rm{displaystyle a_{n}=displaystyle sum _{m=0}^{3}{n-1 choose m}r_{m}}

{displaystyle a_{n}=displaystyle sum _{m=0}^{3}{n-1 choose m}r_{m}}


an=3+7(n−11)+12(n−12)+6(n−13).{displaystyle a_{n}=3+7{n-1 choose 1}+12{n-1 choose 2}+6{n-1 choose 3}.}

{displaystyle a_{n}=3+7{n-1 choose 1}+12{n-1 choose 2}+6{n-1 choose 3}.}
Logo:

an=n3+2{displaystyle a_{n}=n^{3}+2}

{displaystyle a_{n}=n^{3}+2}

Obs. Uma das propriedades dos números binomiais, a relação de Sfifeel, diz que:

(n−1m)+(n−1m+1)=(nm+1).{displaystyle {n-1 choose m}+{n-1 choose m+1}={n choose m+1}.}

{displaystyle {n-1 choose m}+{n-1 choose m+1}={n choose m+1}.}

Isso permite verificar uma propriedade de autoconsistência das fórmulas:



m=0k(n−1m)rm⏟an+∑m=0k(n−1m+1)rm⏟Sn−1=∑m=0k(nm+1)rm⏟Sn{displaystyle {begin{matrix}underbrace {displaystyle sum _{m=0}^{k}{n-1 choose m}r_{m}} \a_{n}end{matrix}}+{begin{matrix}underbrace {displaystyle sum _{m=0}^{k}{n-1 choose m+1}r_{m}} \S_{n-1}end{matrix}}={begin{matrix}underbrace {displaystyle sum _{m=0}^{k}{n choose m+1}r_{m}} \S_{n}end{matrix}}}

{displaystyle {begin{matrix}underbrace {displaystyle sum _{m=0}^{k}{n-1 choose m}r_{m}} \a_{n}end{matrix}}+{begin{matrix}underbrace {displaystyle sum _{m=0}^{k}{n-1 choose m+1}r_{m}} \S_{n-1}end{matrix}}={begin{matrix}underbrace {displaystyle sum _{m=0}^{k}{n choose m+1}r_{m}} \S_{n}end{matrix}}}

Considerando-se também o princípio da indução matemática e uma das propriedades dos somatórios,

i=mn(xi±yi)=∑i=mnxi±i=mnyi{displaystyle sum _{i=m}^{n}(x_{i}pm y_{i})=sum _{i=m}^{n}x_{i}pm sum _{i=m}^{n}y_{i}}{displaystyle sum _{i=m}^{n}(x_{i}pm y_{i})=sum _{i=m}^{n}x_{i}pm sum _{i=m}^{n}y_{i}} que, multiplicando-se os dois lados da equação por um número r,{displaystyle r,}r, esta se torna:


(∑i=mn(xi±yi))⋅r=(∑i=mnxi)⋅(∑i=mnyi)⋅r{displaystyle {Bigg (}sum _{i=m}^{n}(x_{i}pm y_{i}){Bigg )}cdot r={Bigg (}sum _{i=m}^{n}x_{i}{Bigg )}cdot rpm {Bigg (}sum _{i=m}^{n}y_{i}{Bigg )}cdot r}{displaystyle {Bigg (}sum _{i=m}^{n}(x_{i}pm y_{i}){Bigg )}cdot r={Bigg (}sum _{i=m}^{n}x_{i}{Bigg )}cdot rpm {Bigg (}sum _{i=m}^{n}y_{i}{Bigg )}cdot r}


esse fato já demonstra as fórmulas apresentadas sobre as sequências aritméticas de ordem n.{displaystyle n.}n. A fórmula é válida para n={1,2,⋯},{displaystyle n={1,2,cdots },}{displaystyle n={1,2,cdots },} ou seja,


S0⏟0=S1−a1,{displaystyle {begin{matrix}underbrace {S_{0}} \0end{matrix}}=S_{1}-a_{1},}{displaystyle {begin{matrix}underbrace {S_{0}} \0end{matrix}}=S_{1}-a_{1},}


S1(=a1)=S2−a2,{displaystyle S_{1}(=a_{1})=S_{2}-a_{2},}{displaystyle S_{1}(=a_{1})=S_{2}-a_{2},}


{displaystyle cdots }cdots


Sn−1(=an−1)=Sn−an,{displaystyle S_{n-1}(=a_{n-1})=S_{n}-a_{n},}{displaystyle S_{n-1}(=a_{n-1})=S_{n}-a_{n},} que equivale à expressão mostrada acima.



Progressões Aritmético-Geométricas |


São progressões aritméticas e geométricas ao mesmo tempo. Considere uma seqüência (an){displaystyle (a_{n})}(a_n) cujo termo geral é an=(a0+nr)qn,{displaystyle a_{n}=(a_{0}+nr)q^{n},}{displaystyle a_{n}=(a_{0}+nr)q^{n},} com n∈N.{displaystyle nin mathbb {N} .}{displaystyle nin mathbb {N} .}


Veja que se q=1{displaystyle q=1}{displaystyle q=1} ela se reduz à fórmula do termo geral de uma progressão aritmética (an=a0+nr{displaystyle a_{n}=a_{0}+nr}{displaystyle a_{n}=a_{0}+nr}) e se r=0,{displaystyle r=0,}{displaystyle r=0,} temos a fórmula de uma progressão geométrica, (an=a0⋅qn{displaystyle a_{n}=a_{0}cdot q^{n}}{displaystyle a_{n}=a_{0}cdot q^{n}}).


A fórmula para a soma dos n{displaystyle n}n primeiros termos dessa sequência [6] é:


Sn=a0+q⋅(qn(a0+r⋅(1−n)−a0q−1)−a0+r)(q−1)2{displaystyle S_{n}={frac {a_{0}+qcdot (q^{n}(a_{0}+rcdot (1-n)-a_{0}q-1)-a0+r)}{(q-1)^{2}}}}{displaystyle S_{n}={frac {a_{0}+qcdot (q^{n}(a_{0}+rcdot (1-n)-a_{0}q-1)-a0+r)}{(q-1)^{2}}}}



Ver também |



  • Progressão geométrica

  • Sequência

  • Carl Friedrich Gauss

  • Função



Referências




  1. ab Spiegel, Murray R. Teoria e problemas de álgebra 2 ed. [S.l.]: Bookman. p. 251. ISBN 9788536303406 


  2. abcdefg Iezzi, G.; et al. (2012). Fundamentos de Matemática Elementar - Vol. 4 8 ed. [S.l.]: Atual. ISBN 9788535717488  !CS1 manut: Uso explícito de et al. (link)


  3. abcdef Medeiros, V. Z.; et al. (2013). Pré-Cálculo 3 ed. [S.l.]: Trilha. ISBN 9788522116126  !CS1 manut: Uso explícito de et al. (link)


  4. ab Lima, E. L.; et al. (2006). A Matemática do Ensino Médio - Volume 2 6 ed. [S.l.]: SBM. ISBN 8585818115  !CS1 manut: Uso explícito de et al. (link)


  5. Courant, Richard. Cálculo Diferencial e Integral. [S.l.]: Globo. p. 29 


  6. Revista Eureka! nº 14 (página 34), da Sociedade Brasileira de Matemática. < http://www.obm.org.br/export/sites/default/revista_eureka/docs/eureka14.pdf >






























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