Перейти до основного вмісту
Каталог

Сума n перших членів геометричної прогресії

~15 хв · 8 розділів · 9 тестових запитань

Функції та прогресії
Математика НМТ

Частина кар’єрної траєкторії НМТ 2027: 3 обов’язкові + хімія.

Формула Sₙ = b₁(qⁿ − 1)/(q − 1) для суми n перших членів геометричної прогресії. Обчислення суми з від'ємним і дробовим знаменником, пошук n або b₁, розв'язування задач про бактерії, поширення новини та щорічне зростання.

Формула суми n перших членів геометричної прогресії

Нехай маємо геометричну прогресію з першим членом b₁ і знаменником q. Запишемо суму її перших n членів:

Помножимо обидві частини цієї рівності на q:

Тепер віднімемо від другої рівності першу. Майже всі доданки взаємно знищаться — залишаться лише b₁qⁿ від qSₙ і b₁ від Sₙ:

Звідси за умови q ≠ 1 отримуємо основну формулу:

Цю саму формулу можна записати інакше, помінявши знаки в чисельнику й знаменнику:

Обидва варіанти рівносильні — використовуй той, який зручніший. Якщо q > 1, перша форма дає додатні чисельник і знаменник; якщо 0 < q < 1, друга форма зручніша, бо уникає від'ємних чисел.

Окремий випадок: q = 1

Якщо знаменник дорівнює одиниці, то всі члени прогресії однакові: b₁ = b₂ = b₃ = … = bₙ. Тоді сума n перших членів — це просто n разів узятий перший член:

Загальна формула при q = 1 не працює — знаменник q − 1 перетворюється на нуль, а ділити на нуль не можна.

Формула через останній член

Іноді зручно виразити суму через останній член bₙ. Оскільки bₙ = b₁ · qⁿ⁻¹, то bₙ · q = b₁ · qⁿ. Підставимо це в основну формулу:

Чому в показнику стоїть n, а не n − 1?

Це найчастіше запитання новачків. n-й член прогресії дорівнює b₁ · qⁿ⁻¹ — показник на одиницю менший, бо перший член не множиться на q. Але сума містить n доданків, і після множення на q та віднімання в чисельнику з'являється саме qⁿ. Перевір на простому прикладі: для прогресії 3, 6, 12, 24, 48, 96 (шість членів, b₁ = 3, q = 2) маємо:

Пряме додавання підтверджує: 3 + 6 + 12 + 24 + 48 + 96 = 189. Зверни увагу: b₆ = 3 · 2⁵ = 96, а в формулі суми фігурує 2⁶, тобто n у показнику формули суми — це кількість доданків (вона ж номер останнього члена), тоді як в останньому члені bₙ = b₁qⁿ⁻¹ показник на одиницю менший.

Ще один приклад

Нехай b₁ = 5, q = 2, n = 6. Тоді:

Це число зустрінеш далі в розділі «Розбираємо завдання».

Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.

Від'ємний і дробовий знаменник, пошук n і b₁

Формула суми працює для будь-якого знаменника, крім q = 1. Розгляньмо випадки, які часто викликають труднощі.

Від'ємний знаменник

Коли q < 0, члени прогресії почергово змінюють знак. Формула суми працює без змін, але слід уважно обчислювати степінь від'ємного числа.

Приклад: b₁ = 1, q = −2, n = 5. Члени прогресії: 1, −2, 4, −8, 16. Обчислимо суму за формулою:

Перевірка прямим додаванням: 1 − 2 + 4 − 8 + 16 = 11. Збігається. Зверни увагу: (−2)⁵ = −32, а не 32 — непарний степінь від'ємного числа дає від'ємний результат.

Дробовий знаменник

Якщо знаменник — правильний дріб (|q| < 1), зручніше користуватися формою Sₙ = b₁(1 − qⁿ)/(1 − q), щоб уникнути від'ємних чисел.

Приклад: b₁ = 64, q = 1/2, n = 6. Члени: 64, 32, 16, 8, 4, 2. Сума:

Перевірка: 64 + 32 + 16 + 8 + 4 + 2 = 126.

Приклад із від'ємним дробовим знаменником: b₁ = 48, q = −1/2, n = 5. Члени: 48, −24, 12, −6, 3. Сума:

Пряме додавання: 48 − 24 + 12 − 6 + 3 = 33.

Пошук n за відомою сумою

Іноді відомі b₁, q і сума Sₙ, а треба знайти кількість членів n. Підставляємо дані в формулу й зводимо рівняння до вигляду qⁿ = c.

Приклад: для прогресії 3, 6, 12, … сума деякої кількості перших членів дорівнює 381. Скільки членів узято?

Маємо b₁ = 3, q = 2, Sₙ = 381. Підставляємо:

Оскільки 128 = 2⁷, маємо n = 7. Перевірка: 3 + 6 + 12 + 24 + 48 + 96 + 192 = 381.

Пошук b₁ за відомою сумою

Приклад: сума чотирьох перших членів геометричної прогресії дорівнює 120, знаменник q = 3. Знайти b₁.

Перевірка: 3 + 9 + 27 + 81 = 120.

Сума частини прогресії

Як знайти суму членів, починаючи не з першого, а, скажімо, з b₄ по b₆? Є два способи:

  • Відняти від суми шести членів суму трьох: S₆ − S₃.

  • Розглянути нову геометричну прогресію з першим членом b₄ і тим самим знаменником q, і взяти суму трьох її членів.

Обидва способи дають однаковий результат. Перший спосіб потребує лише формули суми.

Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.

Практичні сюжети: бактерії, новина, щорічне зростання

Задачі на геометричну прогресію часто мають практичний зміст. Найважливіше — правильно визначити, що саме питають: член прогресії (скільки стало в певний момент) чи суму членів (скільки всього за кілька кроків).

Член чи сума — як розрізнити?

Запитання в задачі

Що шукати

Формула

Скільки бактерій стане через 5 годин?

Член b₆

b₆ = b₁ · 2⁵

Скільки всього бактерій з'явилося за 5 годин?

Сума S₅

S₅ = b₁(2⁵ − 1)/(2 − 1)

Скільки людей дізналися новину за 5 днів?

Сума S₅

S₅ = b₁(q⁵ − 1)/(q − 1)

Скільки людей дізналися новину саме 5-го дня?

Член b₅

b₅ = b₁ · q⁴

Ключове слово «всього», «сумарно», «за весь час» вказує на суму. «Стало», «буде», «саме п'ятого дня» — на член.

Поширення новини

Першого дня новину дізналися 4 людини. Щодня нових обізнаних стає втричі більше, ніж напередодні. Скільки людей дізналися новину за перші 5 днів?

Тут питають «скільки всього за 5 днів» — це сума. b₁ = 4, q = 3, n = 5:

Відповідь: 484. Зверни увагу: якби питали, скільки людей дізналися новину саме п'ятого дня, ми б шукали b₅ = 4 · 3⁴ = 324.

Щорічне зростання на відсоток

Якщо певна величина щороку зростає на p %, то знаменник прогресії дорівнює:

Наприклад, зростання на 10 % дає q = 1,1, а не 0,1. Зростання на 25 % — q = 1,25.

Приклад: першого року підприємство випустило 1000 одиниць продукції, а щороку збільшує випуск на 10 %. Скільки всього одиниць випущено за перші 3 роки?

Маємо b₁ = 1000, q = 1,1, n = 3. Шукаємо суму:

Відповідь: 3310. Перевірка: 1000 + 1100 + 1210 = 3310.

Розмноження бактерій

Колонія бактерій подвоюється щогодини. Якщо спочатку було 200 бактерій, то b₁ = 200, q = 2. Через 4 години кількість бактерій становитиме b₅ = 200 · 2⁴ = 3200 — це член. А нових бактерій за 4 години з'явилося 200 + 400 + 800 + 1600 = S₄ = 200(2⁴ − 1) = 3000; разом із початковими це 3200 = b₅.

Якщо колонія зростає втричі щогодини, то q = 3.

У завданнях 19–22 НМТ відповідь — лише число, без одиниць вимірювання. Якщо отримав 484 людини — уведи в поле відповіді 484.

Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.

Розбираємо завдання

Розв'яжемо п'ять типових задач на суму геометричної прогресії. Усі вони відповідають формату НМТ — коротка відповідь (число).

Приклад 1. Сума шести членів з b₁ = 5, q = 2

Завдання: знайти суму шести перших членів геометричної прогресії, у якої перший член дорівнює 5, а знаменник дорівнює 2.

Розв'язання. Маємо b₁ = 5, q = 2, n = 6. Підставляємо в формулу:

Відповідь: 315.

Чому інші відповіді неправильні? Якщо підставити в показник n − 1 = 5, отримаємо 5(2⁵ − 1) = 5 · 31 = 155 — це сума п'яти, а не шести членів. Якщо забути відняти одиницю: 5 · 2⁶ = 320 — це не сума, а b₁ · qⁿ без віднімання.

Приклад 2. Сума п'яти членів з b₁ = 48, q = −1/2

Завдання: знайти суму п'яти перших членів геометричної прогресії, у якої b₁ = 48, q = −1/2.

Розв'язання. Використаємо формулу Sₙ = b₁(1 − qⁿ)/(1 − q), бо знаменник дробовий:

Відповідь: 33.

Перевірка прямим додаванням: 48 − 24 + 12 − 6 + 3 = 33. Типова помилка — неправильно обчислити (−1/2)⁵: дехто вважає, що це −1/32 (правильно), а хтось — −1/10 або 1/32 (неправильно).

Приклад 3. Поширення новини

Завдання: першого дня новину дізналися 4 людини. Кожного наступного дня нових обізнаних утричі більше, ніж напередодні. Скільки людей дізналися новину за перші 5 днів?

Розв'язання. Ключове слово «за перші 5 днів» — це сума. b₁ = 4 (першого дня), q = 3 (утричі більше), n = 5:

Відповідь: 484.

Поширена помилка — шукати b₅ = 4 · 3⁴ = 324 (скільки дізналися саме п'ятого дня), а не суму. Уважно читай умову!

Приклад 4. Висаджування дерев

Завдання: першого року висадили 200 дерев. Щороку висаджують у 1,5 раза більше, ніж попереднього. Скільки дерев висадять за 4 роки?

Розв'язання. b₁ = 200, q = 1,5, n = 4. Сума:

Відповідь: 1625.

Перевірка прямим додаванням: 200 + 300 + 450 + 675 = 1625. Зверни увагу: 1,5⁴ = (3/2)⁴ = 81/16 = 5,0625. Якщо округлити 1,5⁴ до 5, сума вийде 1600 — це неправильно.

Приклад 5. Пошук n за сумою

Завдання: скільки перших членів прогресії 3, 6, 12, … треба взяти, щоб їхня сума дорівнювала 381?

Розв'язання. b₁ = 3, q = 2, Sₙ = 381. Складаємо рівняння:

Оскільки 128 = 2⁷, маємо n = 7.

Відповідь: 7.

Перевірка: 3 + 6 + 12 + 24 + 48 + 96 + 192 = 381. Типова помилка — зупинитися на 2ⁿ = 128 і не звести до степеня, або помилково вважати, що n = 6, бо 2⁶ = 64, а не 128.

Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.

Типові помилки й пастки

Розгляньмо найпоширеніші помилки, яких припускаються учні на НМТ під час обчислення суми геометричної прогресії.

  • Підставляють у формулу n − 1 замість n. Пам'ятай: у формулі суми Sₙ = b₁(qⁿ − 1)/(q − 1) показник степеня — це кількість доданків n (вона ж номер останнього члена), а не показник останнього члена n − 1. Для шести членів пишемо q⁶, хоча шостий член дорівнює b₁ · q⁵.

  • Плутають член прогресії з її сумою. Якщо в задачі питають «скільки бактерій стане через 5 годин» — це член b₆. Якщо «скільки всього людей дізналися за 5 днів» — це сума S₅. Завжди визначай, чи йдеться про «стало в певний момент» (член) чи «всього за період» (сума).

  • Помилка в знаку степеня від'ємного знаменника. Наприклад, (−2)⁵ = −32, а не 32. Непарний степінь від'ємного числа — від'ємний. Парний — додатний. Перевіряй себе: (−2)⁴ = 16, (−2)⁵ = −32.

  • Зростання на p % записують як q = p/100. Правильно: q = 1 + p/100. Зростання на 10 % — це q = 1,1, а не 0,1. Якщо взяти q = 0,1, прогресія спадатиме, а не зростатиме.

  • Змішують дві форми формули. Формула Sₙ = b₁(qⁿ − 1)/(q − 1) і Sₙ = b₁(1 − qⁿ)/(1 − q) — це те саме. Але якщо взяти (qⁿ − 1) у чисельнику й (1 − q) у знаменнику, знак суми зміниться на протилежний. Завжди використовуй одну пару: або (qⁿ − 1) і (q − 1), або (1 − qⁿ) і (1 − q).

  • Застосовують загальну формулу при q = 1. Якщо q = 1, знаменник q − 1 = 0, і ділити на нуль не можна. У цьому випадку всі члени однакові, і Sₙ = n · b₁.

Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.

Як це перевіряють на НМТ

Геометрична прогресія входить до теми «Числові послідовності» розділу «Функції» програми. У переліку вмінь зазначено: «розв'язувати задачі на арифметичну та геометричну прогресії».

Формули обох прогресій — n-й член і сума n перших членів — наведено в довідкових матеріалах, доступних під час НМТ в електронній формі. Тобто заучувати їх напам'ять не обов'язково, але треба вміти швидко знайти потрібну формулу й правильно підставити числа.

Завдання на прогресії зазвичай трапляються серед номерів 19–22 — це завдання з короткою відповіддю. Вони оцінюються в 0 або 2 бали, без часткових балів. Відповідь — лише число (десятковий дріб, за потреби зі знаком «мінус» перед першою цифрою). Жодних одиниць вимірювання, пояснень чи проміжних обчислень у полі відповіді не пишуть.

Позиція 19 змінна. У тестах 2023–2024 років (поза офіційними файлами) на цьому місці нерідко була прогресія. У демонстраційному варіанті 2026 року на позиції 19 опинилася похідна. Тож готуйся до того, що прогресія може з'явитися в будь-якому з номерів 19–22.

Стратегія: якщо в задачі фігурує невелика кількість членів (2–5), обов'язково перевір суму прямим додаванням. Це займає 10–15 секунд, але рятує від втрати 2 балів через помилку в обчисленні степеня чи знака.

Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.

Питання й відповіді

Чому в показнику формули суми стоїть n, а не n − 1?

Тому що формула суми виведена з додавання n доданків: b₁ + b₁q + b₁q² + … + b₁qⁿ⁻¹. Після множення на q і віднімання qSₙ − Sₙ залишається b₁qⁿ − b₁. Звідси й qⁿ у чисельнику. n — це кількість доданків, а номер останнього члена теж дорівнює n, але сам останній член дорівнює b₁ · qⁿ⁻¹. Не плутай: у формулі члена показник n − 1, у формулі суми — n.

Що робити, якщо знаменник прогресії дорівнює 1?

Якщо q = 1, то всі члени прогресії однакові й дорівнюють b₁. Сума n перших членів — це просто n · b₁. Загальна формула Sₙ = b₁(qⁿ − 1)/(q − 1) не працює, бо знаменник перетворюється на нуль. Пам'ятай про цей окремий випадок.

Як не сплутати член і суму в задачі про бактерії?

Постав собі два запитання. Перше: «Про що питають — скільки їх стало в певний момент чи скільки всього з'явилося за проміжок часу?» Якщо «стало через 5 годин» — це член b₆ (бо початковий момент — це b₁). Якщо «за 5 годин» — це сума S₅. Друге: перевір розмірність. Член — це кількість в одному конкретному стані, сума — накопичений підсумок.

Чому зростання на 10 % дає знаменник 1,1?

Зростання на 10 % означає, що нова величина = стара величина + 10 % від старої = стара · (1 + 0,1) = стара · 1,1. Якщо щороку випуск збільшується на 10 %, то наступний рік становить 110 % попереднього, тобто q = 1,1. Знаменник q = 0,1 відповідав би зменшенню до 10 % від попереднього значення, а не зростанню на 10 %.

Як перевірити суму без формули?

Якщо членів небагато (до 5–6), просто додай їх у стовпчик. Для прогресії 3, 6, 12, 24, 48, 96: 3 + 6 = 9, 9 + 12 = 21, 21 + 24 = 45, 45 + 48 = 93, 93 + 96 = 189. Це корисно, коли сумніваєшся в правильності обчислення степеня або знака. На НМТ така перевірка займає лічені секунди.

Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.

Коротко: головне

  • Сума n перших членів геометричної прогресії при q ≠ 1: $$S_n = \frac{b_1(q^n - 1)}{q - 1} = \frac{b_1(1 - q^n)}{1 - q}$$

  • Якщо q = 1, то Sₙ = n · b₁ (усі члени однакові).

  • У показнику степеня завжди стоїть n — кількість доданків, а не n − 1.

  • При від'ємному q уважно стеж за знаком: непарний степінь від'ємного числа — від'ємний.

  • «Скільки стало» — член прогресії; «скільки всього» — сума членів.

  • Зростання на p % дає знаменник q = 1 + p/100.

  • Для невеликих n перевіряй суму прямим додаванням — це рятує від втрати 2 балів.

Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.