Mathématiques🎓 objectif bac

المتتاليات العددية

تذكير بالمتتاليات الحسابية و الهندسية: الحد العام و المجموع

🔊 La maîtresse lit pour toi
بلغ عدد سكان إحدى المدن الجزائرية 3000 نسمة سنة 2005 و 3630 نسمة سنة 2007، بنسبة تزايد سنوية ثابتة مجهولة. فكيف نحدّد هذه النسبة الثابتة، ثمّ نتوقّع عدد سكان المدينة بعد عقود من الآن؟

درست هذين النوعين من المتتاليات من قبل. نراجع هنا حدّهما العام و مجموع حدودهما المتتابعة، بصيغة موحّدة تصلح لأيّ متتالية حسابية أو هندسية مهما كانت قيمة أساسها.

🎓في نهاية هذا الدرس ستكون قادرا على:
  • التعرّف على الصيغة الترجعية للمتتالية الحسابية و للمتتالية الهندسية
  • حساب الحدّ العام لمتتالية حسابية أو هندسية بدلالة حدّها الأول أو أيّ حدّ آخر منها
  • حساب مجموع حدود متتابعة من متتالية حسابية أو من متتالية هندسية
  • نمذجة وضعية تتغيّر بنسبة مئوية ثابتة بمتتالية هندسية
🔑يفترض هذا الدرس أنّك تتقن:
  • تعريف متتالية عددية بالتراجع، كما رأيت في الدرس السابق
  • الحساب على النسب المئوية و الأسس

1. المتتالية الحسابية

تعريف المتتالية الحسابية
un+1 = un + r
الحدّ بدلالة حدّ آخر
un=up + (n − p) × r
حالة خاصّة: بدلالة الحدّ الأول u₀
un = u0 + n × r
حالة خاصّة: بدلالة الحدّ الأول u₁
un=u1 + (n − 1) × r
مجموع حدود متتابعة
S=u0 + u1 + … + un=(n + 1) × u0 + un2

بصفة عامّة: مجموع حدود متتابعة من متتالية حسابية يساوي نصف مجموع الحدّ الأول و الحدّ الأخير، مضروبا في عدد الحدود.

إذا كانت ثلاثة أعداد بهذا الترتيب حدودا متتابعة من متتالية حسابية، فإنّ الحدّ الأوسط بينها يسمّى الوسط الحسابي، و يحقّق شرطا بسيطا نتحقّق منه في المثال الرابع.

2. المتتالية الهندسية

تعريف المتتالية الهندسية
un+1 = un × q
الحدّ بدلالة حدّ آخر
un = up × qn−p
حالة خاصّة: بدلالة الحدّ الأول u₀
un = u0 × qn
حالة خاصّة: بدلالة الحدّ الأول u₁
un = u1 × qn−1
مجموع حدود متتابعة، عندما q يختلف عن 1
S=u0 + u1 + … + un=u0 × 1 − qn+11 − q

و إذا كان الأساس يساوي 1، فإنّ كلّ الحدود متساوية و يصير المجموع ⁦(n+1)⁩ مرّة الحدّ الأول.

و بالمثل، إذا كانت ثلاثة أعداد غير معدومة بهذا الترتيب حدودا متتابعة من متتالية هندسية، فإنّ الحدّ الأوسط بينها يسمّى الوسط الهندسي.

3. مثالان تطبيقيّان

مثال 1: التحقّق من الطابع الحسابي و حساب المجموع

لتكن المتتالية ⁦(uₙ)⁩ المعرّفة على ℕ بحدّها العام ⁦uₙ = −3n + 2⁩.

🎯المطلوب: أثبت أنّ المتتالية ⁦(uₙ)⁩ حسابية معيّنا أساسها، ثمّ احسب بدلالة n المجموع ⁦S = u₀ + u₁ + … + uₙ⁩.

🔹الخطوة 1: الحد u₀
u0=−3 × 0 + 2=2
🔹الخطوة 2: الحد u₁
u1=−3 × 1 + 2=−1
🔹الخطوة 3: الفرق بين حدّين متتاليين

لإثبات الطابع الحسابي، نحسب الفرق بين حدّين متتاليين بدلالة n مباشرة، دون التعويض بقيم عددية.

un+1 − un=[−3(n+1)+2] − [−3n+2]
🔹الخطوة 4: تبسيط الفرق
un+1 − un = −3
✅النّتيجة 1: الأساس

الفرق ثابت و يساوي ⁦−3⁩ مهما كانت قيمة n، إذن المتتالية حسابية و هذا العدد هو أساسها.

r = −3
🔹الخطوة 5: تعويض في صيغة المجموع

نعوّض في صيغة المجموع الحدّ الأول u₀ و الحدّ الأخير uₙ.

S=(n+1) × u0 + un2
🔹الخطوة 6: تعويض القيم
S=(n+1) × 2 + (−3n+2)2
🔹الخطوة 7: تبسيط البسط
S=(n+1) × 4 − 3n2
✅النّتيجة 2: المجموع
S=(n+1)4 − 3n2
⭐ لإثبات الطابع الحسابي، لا تكتفِ بحساب حدّين: احسب الفرق بين حدّين متتاليين حرفيا بدلالة n، فإن كان ثابتا فالمتتالية حسابية.
مثال 2: متتالية هندسية و مجموع حدودها

⁦(vₙ)⁩ متتالية هندسية معرّفة على ℕ* بحدّها الأول ⁦v₁=3⁩ و أساسها ⁦q=2⁩.

🎯المطلوب: احسب الحدّين v₂ و v₃، ثمّ عبّر عن الحدّ العام و عن مجموع الحدود بدلالة n.

🔹الخطوة 1: الحد v₂
v2=v1 × q=3 × 2=6
🔹الخطوة 2: الحد v₃
v3=v2 × q=6 × 2=12
🔹الخطوة 3: الحد العام

نعوّض في صيغة الحدّ العام بدلالة الحدّ الأول v₁.

vn=v1 × qn−1=3 × 2n−1
🔹الخطوة 4: تعويض في صيغة المجموع

المجموع هنا يبدأ من الحدّ الأول v₁ لا من v₀، و يضمّ n حدّا بالضبط، لذا يحمل الأسّ n لا ⁦n+1⁩.

S=v1 × 1 − qn1 − q
🔹الخطوة 5: تعويض القيم
S=3 × 1 − 2n1 − 2
✅النّتيجة
S=v1 + v2 + … + vn=3(2n − 1)
⭐ انتبه إلى نقطة الانطلاق: بما أنّ المجموع يبدأ من الحدّ الأول و يضمّ n حدّا بالضبط، يظهر الأسّ n في صيغة المجموع، لا ⁦n+1⁩ كما في حالة الانطلاق من الحدّ صفر.
مثال 3: نمذجة تزايد بنسبة ثابتة بمتتالية هندسية

بلغ عدد سكان مدينة جزائرية 3000 نسمة سنة 2005 و 3630 نسمة سنة 2007، بافتراض نسبة تزايد سنوية ثابتة α.

🎯المطلوب: عيّن نسبة التزايد السنوية α، ثمّ قدّر عدد سكان المدينة سنة 2030 بالتقريب إلى العشرات.

🔹الخطوة 1: علاقة التراجع

العلاقة بين عدد السكان في سنة معيّنة و عدد السكان في السنة الموالية تكتب بإضافة نسبة ثابتة من العدد نفسه.

un+1 = (1 + α) × un
✅النّتيجة 1: طبيعة المتتالية
q = 1 + α
🔹الخطوة 2: تعويض بين u₀ و u₂

نستعمل صيغة الحدّ العام بين الرتبتين 0 و 2، بما أنّ الحدّين هما المعلومان.

q²=u2u0=36303000
🔹الخطوة 3: تبسيط
q² = 1,21
🔹الخطوة 4: الجذر التربيعي الموجب

q عدد موجب لأنّه أساس متتالية هندسية تمثّل تعداد سكان، فيؤخذ الجذر التربيعي الموجب.

q = √1,21
✅النّتيجة 2: الأساس
q = 1,1
🔹الخطوة 5: استخراج α

بما أنّ ⁦q = 1 + α⁩ (النّتيجة الأولى)، فإنّ ⁦α = q − 1⁩.

α = q − 1
✅النّتيجة 3: نسبة التزايد
α = 0,1
🔹الخطوة 6: الحد المطلوب

سنة 2030 تقابل الرتبة 25، لأنّ الفارق بين 2030 و 2005 يساوي 25 سنة.

u25=u0 × q²⁵=3000 × 1,1²⁵
🔹الخطوة 7: القيمة العددية
u25 ≈ 32504,12
✅النّتيجة 4: التقريب إلى العشرات

أي نحو 32500 نسمة سنة 2030، بالتقريب إلى العشرات كما يُطلب.

u25 ≈ 32500
⭐ الحيلة هنا كتابة ⁦q²=u₂/u₀⁩ بدل ⁦q=u₁/u₀⁩: الفارق بين الرتبتين 0 و 2 هو بالضبط أسّان اثنان، لا واحد.
مثال 4: الوسط الحسابي و الوسط الهندسي

نأخذ العددين 4 و 10 من جهة، ثمّ العددين 2 و 8 من جهة أخرى.

🎯المطلوب: تحقّق أنّ 7 وسط حسابي بين 4 و 10، و أنّ 4 وسط هندسي بين 2 و 8.

🔹الخطوة 1: مجموع الطرفين الأول
4 + 10 = 14
🔹الخطوة 2: ضعف الوسط المفترض
2 × 7 = 14
✅النّتيجة 1: الوسط الحسابي

المجموع و ضعف الوسط متساويان، فشرط التتابع الحسابي محقّق.

4 + 10 = 2 × 7
🔹الخطوة 3: جداء الطرفين الثاني
2 × 8 = 16
🔹الخطوة 4: مربّع الوسط المفترض
4² = 16
✅النّتيجة 2: الوسط الهندسي

الجداء و مربّع الوسط متساويان، فشرط التتابع الهندسي محقّق.

2 × 8 = 4²
⭐ الوسط الحسابي يُحسب بالجمع و القسمة على 2، أمّا الوسط الهندسي فبالجداء و الجذر التربيعي — لا تخلط بينهما.
الفرق البصري بين النوعين: خطوة ثابتة في الحسابية، مقابل تباعد متسارع في الهندسية.
في البكالوريا يأتي هذا الدرس في أسئلة من نوع أمثلته: «أثبت أنّ المتتالية حسابية (أو هندسية) معيّنا أساسها»، ثمّ «اكتب حدّها العام بدلالة n»، ثمّ «احسب المجموع»، وقد تأتي في وضعية تزايد بنسبة ثابتة. جهّز ثلاثة عناصر: ① الإثبات: احسب ⁦un+1 − un⁩ بدلالة n، فإن كان ثابتا فهي حسابية أساسها r ؛ أو بيّن أنّ ⁦un+1 = q × un⁩ فهي هندسية أساسها q ؛ ② الحدّ العام من الحدّ المعطى: ⁦un = u0 + n × r⁩ أو ⁦un = u1 + (n − 1) × r⁩، و ⁦un = u0 × qn⁩ أو ⁦un = u1 × qn−1⁩ ؛ ③ المجموع: في الحسابية عدد الحدود مضروبا في نصف مجموع الطرفين، وفي الهندسية ⁦u0 × (1 − qn+1)/(1 − q)⁩ إذا كان q مختلفا عن 1. ⚠️ الخطأ الشائع: الخطأ في عدد الحدود ؛ من u0 إلى un يوجد ⁦n + 1⁩ حدّا. ⚠️ وخطأ ثانٍ: الحكم من حساب حدّين أو ثلاثة، والإثبات يكون بالفرق ⁦un+1 − un⁩ بدلالة n. ⚠️ ونسبة التزايد α تُترجم بالضرب في ⁦(1 + α)⁩.
الخلاصة: المتتالية الحسابية تضيف مقدارا ثابتا في كلّ خطوة، فحدّها العام يُكتب بدلالة الحدّ الأول و الأساس، و مجموع حدودها نصف مجموع الطرفين مضروبا في عددها. المتتالية الهندسية تضرب في مقدار ثابت، فحدّها العام يُكتب بدلالة الحدّ الأول و قوى الأساس، و مجموع حدودها له صيغته الخاصّة عندما يختلف الأساس عن 1. و كلتاهما أداة لنمذجة تزايد أو تناقص بمعدّل ثابت، جامدا كان أو نسبيا.

Page 1/7

© Madrassati — leçon rédigée par Madrassati · madrassati.net