Сума n перших членів арифметичної прогресії
~15 хв · 8 розділів · 9 тестових запитань
Частина кар’єрної траєкторії НМТ 2027: 3 обов’язкові + фізика.
Формули Sₙ = (a₁ + aₙ)·n/2 та Sₙ = (2a₁ + d(n−1))·n/2, знаходження кількості членів за різницею, сума частини прогресії від aₖ до aₘ. Розв'язування сюжетних задач про ряди місць, щоденне збільшення й штабелі колод.
Щоб вивести формулу суми n перших членів арифметичної прогресії, згадаймо легенду про юного Карла Гаусса. Учитель дав учням завдання: додати всі натуральні числа від 1 до 100. Поки решта рахувала, Гаусс майже миттєво назвав відповідь 5050. У чому його хитрість?
Гаусс помітив, що числа можна згрупувати в пари: 1 + 100 = 101, 2 + 99 = 101, 3 + 98 = 101, і так далі. Таких пар — 50 (половина від 100). Тому сума дорівнює 50 · 101 = 5050. Ця ідея — ключ до формули суми будь-якої арифметичної прогресії.
Члени, рівновіддалені від кінців
У будь-якій арифметичній прогресії сума першого й останнього членів дорівнює сумі другого й передостаннього, третього й передпередостаннього тощо. Тобто a₁ + aₙ = a₂ + aₙ₋₁ = a₃ + aₙ₋₂ = … . Наприклад, у прогресії 3, 7, 11, 15, 19: 3 + 19 = 7 + 15 = 11 + 11 = 22.
Звідси випливає перша формула суми n перших членів арифметичної прогресії:
Цю формулу використовують, коли відомі перший член a₁ та останній член aₙ. Прочитай її так: додай перший і останній члени, помнож на кількість членів і поділи навпіл.
Друга форма — через різницю
Якщо останній член aₙ невідомий, але відома різниця d, то заміни aₙ на вираз a₁ + d(n − 1). Після підстановки отримаємо другу формулу:
Вона дає змогу обчислити суму, знаючи лише перший член, різницю та кількість членів.
Покрокові приклади
Розгляньмо прогресію з a₁ = 3 і d = 4. Знайдемо S₂₀. Спочатку знайдемо a₂₀: a₂₀ = 3 + 4 · (20 − 1) = 3 + 76 = 79. Тепер за першою формулою: S₂₀ = (3 + 79) · 20 / 2 = 82 · 20 / 2 = 1640 / 2 = 820. Або одразу за другою: S₂₀ = (2 · 3 + 4 · 19) · 20 / 2 = (6 + 76) · 20 / 2 = 82 · 20 / 2 = 820.
Ще один приклад: a₁ = −6, d = 2. Знайдемо a₂₅ = −6 + 2 · 24 = 42. Тоді S₂₅ = (−6 + 42) · 25 / 2 = 36 · 25 / 2 = 900 / 2 = 450. Сума — 450.
Важливе застереження
Sₙ — це сума n перших членів, а не n-й член. Багато учнів плутають Sₙ і aₙ. Запам'ятай: aₙ — одне число (n-й член), а Sₙ — сума n чисел (n членів). Якщо ти знайшов / знайшла Sₙ, а в умові питали aₙ, або навпаки — це помилка.
Перевіряй себе на малих значеннях. Наприклад, для прогресії 3, 7, 11, 15, 19 сума S₃ має дорівнювати 3 + 7 + 11 = 21. За формулою: a₁ = 3, a₃ = 11, n = 3 → S₃ = (3 + 11) · 3 / 2 = 14 · 3 / 2 = 21. Усе збігається.
Обидві формули суми в одній таблиці:
Формула | Коли застосовувати |
|---|---|
Sₙ = (a₁ + aₙ) · n/2 | Відомі a₁ та aₙ (останній член) |
Sₙ = (2a₁ + d(n − 1)) · n/2 | Відомі a₁ та d (різниця), aₙ невідомий |
Ти можеш обрати будь-яку з них — результат буде однаковий. Пам'ятай: у довідкових матеріалах НМТ є лише перша формула суми, Sₙ = (a₁ + aₙ) · n/2. Другу формулу треба пам'ятати або швидко виводити, підставивши aₙ = a₁ + d(n − 1) у першу.
Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.
Не завжди в задачі одразу дано n. Іноді його треба знайти, а іноді питають суму не з першого, а з k-го до m-го члена. Розгляньмо такі випадки.
Як знайти кількість членів
Якщо відомі перший член a₁, останній член aₙ і різниця d, кількість членів знаходять за формулою:
Чому саме так? Бо від a₁ до aₙ — це (n − 1) кроків завбільшки d. Якщо поділити різницю aₙ − a₁ на d, отримаємо кількість цих кроків, а членів на один більше.
Приклад: знайдемо суму всіх двоцифрових натуральних чисел, кратних 7. Випишемо їх: 14, 21, 28, …, 98. Це арифметична прогресія з a₁ = 14, d = 7, aₙ = 98.
n = (98 − 14) / 7 + 1 = 84 / 7 + 1 = 12 + 1 = 13. Отже, таких чисел 13. Сума: S = (14 + 98) · 13 / 2 = 112 · 13 / 2 = 1456 / 2 = 728.
Сума частини прогресії (від aₖ до aₘ)
Іноді питають суму не перших n членів, а, наприклад, з шостого по п'ятнадцятий. Є два способи.
Спосіб 1: через різницю суми
Сума членів від aₖ до aₘ дорівнює Sₘ − Sₖ₋₁. Тобто знайди суму перших m членів, відніми суму перших (k − 1) членів — і маєш потрібний відрізок.
Для суми з a₆ до a₁₅: S₁₅ − S₅.
Спосіб 2: новий відлік
Розглянь ці члени як окрему арифметичну прогресію з першим членом aₖ, різницею d і кількістю членів m − k + 1. Тоді застосуй звичайну формулу суми.
Увага: від a₆ до a₁₅ включно — це 10 членів, а не 9! Перевір: 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15 — рівно 10 чисел. Формула: 15 − 6 + 1 = 10.
Знаходження n за відомою сумою
Іноді дано суму Sₙ, a₁ та d, а n — невідоме. Тоді підставляємо відомі величини в другу формулу суми й розв'язуємо квадратне рівняння.
Приклад: a₁ = 2, d = 0,5, Sₙ = 30. Знайти n.
Підставляємо: 30 = (2 · 2 + 0,5 · (n − 1)) · n / 2. Множимо обидві частини на 2: 60 = (4 + 0,5n − 0,5) · n = (3,5 + 0,5n) · n = 0,5n² + 3,5n.
Множимо на 2, щоб позбутися дробів: n² + 7n − 120 = 0. Дискримінант D = 49 + 480 = 529, √529 = 23. Корені: n = (−7 + 23) / 2 = 8, n = (−7 − 23) / 2 = −15.
n — це натуральне число (кількість членів), тому n = −15 не підходить. Лишається n = 8. Завжди відкидай від'ємні, дробові або нульові корені, коли шукаєш n.
Член через суми
Якщо відома формула Sₙ (залежність суми від n), то окремий член можна знайти як різницю сусідніх сум: aₙ = Sₙ − Sₙ₋₁.
Приклад: Sₙ = 2n² − n. Знайти a₁₀.
S₁₀ = 2 · 100 − 10 = 200 − 10 = 190. S₉ = 2 · 81 − 9 = 162 − 9 = 153. Тоді a₁₀ = 190 − 153 = 37.
Цей спосіб варто запам'ятати.
Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.
Найцікавіше — застосувати формули до реальних ситуацій. У текстових задачах арифметична прогресія часто ховається в описах: кількість місць у рядах, щоденне тренування, штабелі колод або цеглин. Головне — правильно визначити a₁, d і n.
Ряди місць в амфітеатрі
У першому ряду амфітеатру 20 місць, у кожному наступному — на 2 місця більше. Скільки всього місць у 15 рядах?
Виписуємо параметри: a₁ = 20 (перший ряд), d = 2 (щоразу на 2 більше), n = 15 (рядів). Знаходимо a₁₅: a₁₅ = 20 + 2 · 14 = 48. Сума: S = (20 + 48) · 15 / 2 = 68 · 15 / 2 = 1020 / 2 = 510. Відповідь: 510 місць.
Щоденне тренування
Спортсмен першого дня пробіг 3 км, а кожного наступного — на 0,5 км більше. Скільки кілометрів він пробіг за 14 днів?
Тут a₁ = 3 (перший день), d = 0,5 (щоденне збільшення), n = 14 (днів). Використаємо другу формулу: S = (2 · 3 + 0,5 · 13) · 14 / 2 = (6 + 6,5) · 14 / 2 = 12,5 · 14 / 2 = 175 / 2 = 87,5 км.
Не плутай n і кількість збільшень. За 14 днів збільшень було 13 (з 1-го на 2-й день, з 2-го на 3-й, …, з 13-го на 14-й). Кількість днів — це n. У формулі d(n − 1) множник (n − 1) — це саме кількість збільшень, а n залишається кількістю днів.
Штабель колод
Колоди складено в штабель: у верхньому шарі 4 колоди, у кожному наступному нижньому шарі — на 1 колоду більше. У нижньому шарі 12 колод. Скільки всього колод?
Визначаємо: a₁ = 4 (верхній шар), d = 1 (на одну більше), aₙ = 12 (нижній шар). n — кількість шарів — знаходимо за формулою: n = (12 − 4) / 1 + 1 = 8 + 1 = 9 шарів. Сума: S = (4 + 12) · 9 / 2 = 16 · 9 / 2 = 144 / 2 = 72 колоди.
Як не заплутатися: алгоритм розпізнавання
Сюжет | a₁ — що це? | d — що це? | n — що це? |
|---|---|---|---|
Ряди місць | Місць у першому ряду | На скільки більше в наступному | Кількість рядів |
Щоденне тренування | Кілометрів за перший день | Щоденне збільшення (км/день) | Кількість днів |
Штабель | Елементів у верхньому шарі | На скільки більше в наступному шарі | Кількість шарів |
Виписуй перші три члени прогресії в таблицю: 1-й ряд (день, шар), 2-й ряд, 3-й ряд. Це допоможе побачити закономірність.
Зверни увагу: «на … більше» вказує на арифметичну прогресію (додавання). Якби сказали «у … разів більше», це була б уже геометрична прогресія (множення). Не сплутай ці два типи.
Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.
Розв'яжемо п'ять завдань формату НМТ — усі з короткою відповіддю (тип завдань 19–22).
Приклад 1. Сума за a₁ та d
Знайдіть суму 25 перших членів арифметичної прогресії, якщо a₁ = −6, d = 2.
Розв'язання. Спочатку знайдемо 25-й член: a₂₅ = a₁ + d(n − 1) = −6 + 2 · 24 = −6 + 48 = 42. Далі за формулою Sₙ = (a₁ + aₙ) · n / 2: S₂₅ = (−6 + 42) · 25 / 2 = 36 · 25 / 2 = 900 / 2 = 450. Можна було відразу за другою формулою: S₂₅ = (2 · (−6) + 2 · 24) · 25 / 2 = (−12 + 48) · 25 / 2 = 36 · 25 / 2 = 450.
Відповідь: 450.
Типові помилки: обчислити S₂₅ як a₂₅ = 42 (це 25-й член, а не сума) або забути поділити на 2.
Приклад 2. Задача про ряди в амфітеатрі
У першому ряду амфітеатру 18 місць, у кожному наступному ряду — на 3 місця більше. Скільки всього місць у 12 рядах?
Розв'язання. a₁ = 18, d = 3, n = 12. Знайдемо a₁₂: a₁₂ = 18 + 3 · 11 = 18 + 33 = 51. Тоді S₁₂ = (18 + 51) · 12 / 2 = 69 · 12 / 2 = 828 / 2 = 414. Отже, в амфітеатрі 414 місць.
Відповідь: 414.
Типова помилка: знайти a₁₂ = 18 + 3 · 12 = 54 (на додатковий крок більше, ніж треба). Пам'ятай: aₙ = a₁ + d(n − 1).
Приклад 3. Сума чисел, кратних 6
Знайдіть суму всіх натуральних чисел, кратних 6, які менші від 100.
Розв'язання. Натуральні числа, кратні 6: 6, 12, 18, …, 96. Це арифметична прогресія з a₁ = 6, d = 6. Знайдемо кількість членів: n = (96 − 6) / 6 + 1 = 90 / 6 + 1 = 15 + 1 = 16. Сума: S₁₆ = (6 + 96) · 16 / 2 = 102 · 16 / 2 = 1632 / 2 = 816.
Відповідь: 816.
Типова помилка: взяти 99 за останній член (99 не кратне 6) або порахувати n = 15 (забути додати 1).
Приклад 4. Знаходження n за сумою
Першого дня спортсменка пробігла 2 км, а кожного наступного — на 0,5 км більше. За скільки днів вона загалом пробіжить 30 км?
Розв'язання. a₁ = 2, d = 0,5, Sₙ = 30. Треба знайти n. Підставляємо в другу формулу: 30 = (2 · 2 + 0,5(n − 1)) · n / 2. Множимо на 2: 60 = (4 + 0,5n − 0,5) · n = (3,5 + 0,5n) · n = 0,5n² + 3,5n. Множимо на 2: n² + 7n − 120 = 0. D = 49 + 480 = 529, √D = 23. n₁ = (−7 + 23) / 2 = 8, n₂ = (−7 − 23) / 2 = −15. Від'ємний корінь відкидаємо. Отже, n = 8 днів.
Відповідь: 8.
Типова помилка: записати у відповідь −15 або залишити обидва корені. Пам'ятай: n — натуральне число (кількість днів).
Приклад 5. Член через суми
Сума n перших членів арифметичної прогресії задана формулою Sₙ = 2n² − n. Знайдіть a₁₀.
Розв'язання. Використаємо співвідношення aₙ = Sₙ − Sₙ₋₁. Знайдемо S₁₀ = 2 · 100 − 10 = 200 − 10 = 190. Знайдемо S₉ = 2 · 81 − 9 = 162 − 9 = 153. Тоді a₁₀ = 190 − 153 = 37.
Відповідь: 37.
Типова помилка: сплутати a₁₀ і S₁₀ та записати 190. a₁₀ — це десятий член, а S₁₀ — сума десяти членів.
Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.
Зібрали для тебе найпоширеніші помилки, яких припускаються випускники на НМТ із суми арифметичної прогресії. Вивчи їх, щоб не втратити бали.
Неправильне n у сюжетній задачі: замість кількості рядів, днів або шарів беруть кількість збільшень (n − 1). Наприклад, у задачі про 14 днів тренування дехто підставляє n = 13. Запам'ятай: n — це кількість рядів/днів/шарів, а кількість збільшень — (n − 1).
Останній член знайдено як a₁ + dn замість a₁ + d(n − 1). Двадцятий член — це a₁ + 19d, а не a₁ + 20d. Помилка виникає, коли вважають, що для 20-го члена треба додати d 20 разів. Насправді до першого члена d не додають жодного разу (a₁ = a₁ + 0 · d), тож до 20-го — 19 разів.
Забуто поділити на 2. Формула Sₙ = (a₁ + aₙ) · n / 2 — у ній обов'язкове ділення на 2. Якщо його пропустити, сума буде вдвічі більшою.
У сумі від a₆ до a₁₅ нараховано 9 членів замість 10. Запам'ятай: кількість членів від k до m дорівнює m − k + 1. Для 6–15 це 15 − 6 + 1 = 10.
У відповідь записано aₙ, хоча питали Sₙ. Уважно читай умову: «суму перших 25 членів» — це S₂₅, а «25-й член» — це a₂₅. Не сплутай ці величини.
Не відкинуто від'ємний або дробовий корінь, коли шукали n через квадратне рівняння. n — це натуральне число (1, 2, 3, …). Від'ємні й дробові корені не можуть бути кількістю членів.
Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.
Відповідно до чинної програми ЗНО з математики, за якою укладають НМТ, арифметична прогресія належить до теми «Числові послідовності» розділу «Функції». Від тебе вимагають уміння «розв'язувати задачі на арифметичну та геометричну прогресії», зокрема застосовувати формулу суми n перших членів.
На НМТ завдання на прогресію найчастіше трапляються в блоці короткої відповіді — номери 19–22. Кожне таке завдання оцінюють у 0 або 2 бали без часткових балів. Або відповідь правильна, або ні.
Відповідь у завданнях 19–22 потрібно записувати лише десятковим дробом. Наприклад, 87,5 (а не 87.5, не 87½, не «87,5 км»). Якщо відповідь — ціле число, теж записуй цифрами, без одиниць вимірювання. Дроби пиши через кому, а не через крапку.
На основі аналізу вибірки тестів 2023–2024 років (неофіційні дані), прогресія з'являлася в позиції № 19 у трьох із чотирьох варіантів. У демонстраційному варіанті 2026 року на № 19 стояла похідна кусково заданої функції, тобто позиція прогресії може змінюватися. Тому важливо вміти розв'язати задачу з прогресії в будь-якому форматі.
Довідкові матеріали
У довідкових матеріалах, доступних під час НМТ, є формули aₙ = a₁ + d(n − 1) і Sₙ = (a₁ + aₙ)/2 · n. Другої формули суми, Sₙ = (2a₁ + d(n − 1))/2 · n, там немає: її треба пам'ятати або швидко виводити, підставивши aₙ = a₁ + d(n − 1) у першу.
Стратегія виконання
Випиши в чернетку: a₁, d, n (або aₙ). У сюжетних задачах — окремо визнач, що є чим.
Обери формулу суми: якщо відомий останній член — першу; якщо тільки a₁ та d — другу.
Перевір суму додаванням перших 3–4 членів, якщо n невелике. Це допоможе виявити грубу помилку.
Переконайся, що записав / записала десятковий дріб (не звичайний) і без одиниць вимірювання.
Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.
Яку з двох формул суми вибрати?
Обидві формули дають однаковий результат — вони рівносильні. Користуйся тією, яку простіше застосувати. Якщо в задачі відразу дано a₁ та aₙ (останній член), зручніше перша формула: Sₙ = (a₁ + aₙ) · n / 2. Якщо дано a₁ та d, а aₙ треба окремо знаходити, то друга формула Sₙ = (2a₁ + d(n − 1)) · n / 2 дозволяє обійтися без зайвого кроку.
Як не помилитися з n у задачі про ряди чи дні?
n — це завжди кількість рядів, днів або шарів, а не кількість збільшень. У фразі «у першому ряду 20 місць, у кожному наступному на 2 більше, рядів 15» — n = 15. У фразі «першого дня 3 км, щодня на 0,5 км більше, за 14 днів» — n = 14. Кількість збільшень (кроків) — це n − 1, вона входить у формулу як множник (n − 1).
Що робити, якщо відома сума, а n треба знайти?
Підстав відомі a₁, d і Sₙ у другу формулу суми. Отримаєш квадратне рівняння відносно n. Розв'яжи його й обери натуральний корінь (n > 0, ціле). Від'ємні й дробові корені відкидай. Наприклад, якщо отримав n = 8 або n = −15, то правильна відповідь — 8.
Як знайти суму членів не з першого, а, наприклад, з шостого?
Є два способи. Перший: знайди S₁₅ (суму перших 15 членів) і відніми S₅ (суму перших 5 членів). Отримаєш суму з 6-го по 15-й член. Другий: уяви, що a₆ — це перший член нової прогресії, а кількість членів — 15 − 6 + 1 = 10. Порахуй суму за звичайною формулою.
Чи можна просто додати члени, якщо їх небагато?
Можна, але це ризиковано. У завданнях із короткою відповіддю (номери 19–22) числа можуть бути великими, і додавати вручну — занадто довго й імовірно з помилкою. Крім того, якщо n невідоме, доведеться його знаходити через формулу. Тому звикай одразу працювати з формулами.
Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.
Формула суми n перших членів (обидві форми рівносильні): Sₙ = (a₁ + aₙ) · n / 2 = (2a₁ + d(n − 1)) · n / 2.
Кількість членів, якщо відомі перший, останній і різниця: n = (aₙ − a₁) / d + 1.
У сюжетній задачі n — це кількість рядів, днів або шарів. Не плутай із кількістю збільшень (n − 1).
Коли шукаєш n через квадратне рівняння, n — натуральне число, тому всі інші корені (від'ємні, дробові, нуль) відкидай.
Відповідь у завданнях 19–22 — десятковий дріб (через кому) без одиниць вимірювання.
Сума частини прогресії від aₖ до aₘ: Sₘ − Sₖ₋₁ або як сума (m − k + 1) членів із першим членом aₖ.
Окремий член можна знайти через суми: aₙ = Sₙ − Sₙ₋₁.
Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.