Bài 4: Cấp số nhân

Giả sử 3 cạnh của tam giác ABC theo thứ tự a, b, c. Không giảm tính tổng quát, ta giả sử 0 < a \(\le b\le c\), nếu chúng tạo thành cấp số nhân thì, theo tính chất của cấp số nhân ta có : \(b^2=ac\)

Theo định lí hàm số côsin, ta có :

\(b^2=a^2+c^2-2ac\cos B\Rightarrow ac=a^2+c^2-2ac.\cos B\)

                                     \(\Leftrightarrow\cos B=\frac{a^2+c^2}{2ac}-\frac{1}{2}\)

Mặt khác \(a^2+c^2\ge2ac\Rightarrow\cos B\ge1-\frac{1}{2}=\frac{1}{2}\)

Vậy góc \(B\le60^0\)

Nhưng \(a\le b\Rightarrow A\le60^0\) cho nên tam giác ABC có 2 góc không quá \(60^0\)

Theo giả thiết ta có :

               \(u_1+u_2=u_1+\frac{1}{4}\left(u_1\right)=24\)

             \(\Rightarrow u_1+\frac{1}{4}u_1^2-24=0\)

             \(\Leftrightarrow u_1=-12\) V \(u_1=8\)

Vậy có 2 cấp số nhân tương ứng là : 8,16,32,128 hoặc -12,36,-108,-972

Theo giả thiết ta có : \(\begin{cases}\left(5x-y\right)+\left(x+2y\right)=2\left(2x+3y\right)\\\left(y+1\right)^2\left(x-1\right)^2=\left(xy+1\right)^2\end{cases}\)

                             \(\Leftrightarrow\begin{cases}2x=5y\\x+y=2\end{cases}\) hoặc \(\Leftrightarrow\begin{cases}2x=5y\\xy+x+y=0\end{cases}\)

\(\Leftrightarrow\begin{cases}2x=5y\\x+y=2\end{cases}\) hoặc \(\Leftrightarrow\begin{cases}2x=5y\\y\left(5y\right)+5y+2y=0\end{cases}\)

\(\Leftrightarrow\begin{cases}x=\frac{10}{3}\\y=\frac{4}{3}\end{cases}\) hoặc \(\begin{cases}x=0,y=0\\x=-\frac{3}{4},y=-\frac{3}{10}\end{cases}\)

Theo giả thiết, nếu ba dố a, b, c lập thành cấp số nhân thì : \(ac=b^2\)(1)

Lấy Logarit cơ số N hai vế của (1) ta có :

\(\Leftrightarrow\log_N\left(ac\right)=\log_Nb^2\Leftrightarrow\log_Na+\log_Nc=2\log_Nb\left(2\right)\)

Sử dụng công thức đổi cơ số :

Từ (2) \(\Leftrightarrow\frac{1}{\log_aN}+\frac{1}{\log_cN}=\frac{2}{\log_bN}\Leftrightarrow\frac{1}{\log_aN}-\frac{1}{\log_bN}=\frac{1}{\log_bN}-\frac{1}{\log_cN}\)

           \(\Leftrightarrow\frac{\log_bN-\log_aN}{\frac{1}{\log_aN}.\frac{1}{\log_bN}}=\frac{\log_cN-\log_bN}{\frac{1}{\log_cN}.\frac{1}{\log_bN}}\Leftrightarrow\frac{\log_bN-\log_aN}{\frac{1}{\log_cN}-\frac{1}{\log_bN}}=\frac{\log_aN}{\log_cN}\)

           \(\Rightarrow\frac{\log_aN-\log_bN}{\frac{1}{\log_bcN}-\frac{1}{\log_cN}}=\frac{\log_aN}{\frac{1}{\log_cN}}\)

Theo giả thiết : \(\begin{cases}xy=3^2\\x^4=y\sqrt{3}\end{cases}\)  \(\Leftrightarrow\begin{cases}y=\frac{9}{x}\\x^4=\frac{9\sqrt{3}}{x}\end{cases}\)  \(\Leftrightarrow\begin{cases}y=\frac{9}{x}\\x^5=9\sqrt{3}\end{cases}\)

                                            \(\Leftrightarrow\begin{cases}x=\sqrt[5]{\sqrt{3^5}}\\y=\frac{3^2}{x}\end{cases}\)

                                           \(\Leftrightarrow\begin{cases}x=\sqrt{3}\\y=3\sqrt{3}\end{cases}\)

Gọi 3 số đã cho là \(u_1;u_2;u_3\), theo thứ tự là 3 số của một cấp số cộng

Còn cấp số nhân \(\left(v_n\right)\). Theo giả thiết ta có hệ :

\(\Leftrightarrow\begin{cases}v_1+v_2+v_3+v_4=93\left(a\right)\\v_1=u\left(1\right)_1\\u_1+d=v_1q\left(2\right)\\u_1+2d=v_1q^2\left(3\right)\end{cases}\)

\(\Leftrightarrow\begin{cases}v_1\left(1+q+q^2\right)=93\left(a\right)\\d=u_1\left(q-1\right)\left(1V2\right)\left(4\right)\\6d=u_3-u_1=u_1\left(q^2-1\right)\left(2V3\right)\left(5\right)\end{cases}\)

\(\Leftrightarrow\begin{cases}u_1\left(1+q+q^2\right)=93\left(a\right)\\u_1\left(q-1\right)=\frac{1}{6}u_1\left(q^2-1\right)\left(4V5\right)\left(6\right)\\d=u_1\left(q-1\right)\end{cases}\)

Từ (1) và (2) cho ta phương trình (4). Còn từ (2) và (3) cho phương trình (5). Mặt khác ừ (4) và (5) cho phương trình (6)

Do \(u_1\ne0,q\ne1\Rightarrow\left(6\right)\Leftrightarrow1=\frac{1}{6}\left(q+1\right)\Leftrightarrow q=5\)

Theo (a) : \(v_1+5v_1+25v_1=93\Leftrightarrow u_1=3\)

Vậy 3 số cần tìm là : 3,15,75

Gọi 4 số cần tìm là \(a_1,a_2,a_3,a_4\). Theo đầu bài ta có hệ :

\(\begin{cases}a_2^2=a_1a_3\\2a_3=a_2+a_4\\a_1+a_4=14\\a_2+a_3=12\end{cases}\) \(\Leftrightarrow\begin{cases}2a_1q^2=a_1q+a_2+d\left(1\right)\\a_1+a_2+d=14\left(2\right)\\a_1q+a_1q^2=12\left(3\right)\\a_2+a_2+d=12\left(4\right)\end{cases}\)

                          \(\Leftrightarrow\begin{cases}a_2^2=a_1\left(a_2+d\right)\left(5\right)\\a_2+2d=14-a_1\\a_1=\frac{12}{q+q^2}\\d=12-2a_2\end{cases}\)

Giải hệ thống các phương trình ta có kết quả \(\left(2,4,8,12\right)\left(\frac{25}{2},\frac{15}{2}\frac{9}{2}\frac{3}{2}\right)\)

Gọi cấp số nhân tăng nghiêm ngặt là \(a_n\). Theo đầu bài ta có \(a_2,a_4\) là 2 nghiệm của phương trình

\(t^2-30t+144=0\Leftrightarrow\begin{cases}t=6\\t=24\end{cases}\)

\(\Leftrightarrow\begin{cases}a_2=6\\a_4=24\end{cases}\) hoặc \(\begin{cases}a_2=24\\a_4=6\end{cases}\)

\(\Leftrightarrow\begin{cases}a_1q=6\\a_1q^3=24\end{cases}\) hoặc \(\begin{cases}a_1q=24\\a_1q^3=6\end{cases}\)

\(\Leftrightarrow\begin{cases}a_1q=6\\q^2=4\end{cases}\)  hoặc \(\begin{cases}a_1q=24\\q^2=\frac{6}{24}=\frac{1}{4}\end{cases}\)

\(\Leftrightarrow\begin{cases}a_1=\frac{6}{\pm2}\\q=\pm2\end{cases}\) hoặc \(\begin{cases}a_1=24\left(\pm2\right)\\q=\pm\frac{1}{2}\end{cases}\)

Do cấp số nhân tăng nghiêm ngặt, nên q>1, do vậy ta chọn \(a_1=3;q=2\)

Cho nên \(S_{10}=u_1\frac{2^{10}-1}{2-1}=3.\left(1024-1\right)=3069\)

Giao lưu:

Gọi dãy số đã co có dạng: \(U_1;U_2;U_3;U_4;U_5...U_{10}...U_n\)

đầu bài ta có hệ phương trình.

\(\left\{\begin{matrix}U_n.q=U_{\left(n+1\right)}\left(1\right)\\q>1\left(2\right)\\U_2+U_4=144\left(3\right)\\U_2.U_4=30\left(4\right)\end{matrix}\right.\)

Thế (3) vào (4) \(\Leftrightarrow U_2\left(144-U_2\right)=30\Leftrightarrow U_2^2-144U_4+30=0\Rightarrow\left[\begin{matrix}U_2=24\\U_2=6\end{matrix}\right.\)

Vì U₂ và U₄ có vai trò như nhau

do vậy có cắp nghiệm là hoán đổi (U₂,U₄)=(6,24)(*)

Từ (1) và (2) ta có(*)=> \(\left\{\begin{matrix}U_2=6\\U_4=24\end{matrix}\right.\)(**)

Từ (1) ta có: \(U_4=q.U_3=q.\left(q.U_2\right)=q^2.U_2\)(4)

Từ (**) và (4) ta có \(\frac{U_4}{U_2}=q^2=\frac{24}{6}=4\Rightarrow!q!=2\) (5)

Từ (3) và (5) => q=2

Vậy tổng 10 số hạng đầu tiên của dẫy là :\(S_{10}=2^0.3+2^1.3+3.2^2+...+3.2^8+3.2^9=3.\left(1+2+2^2+..+2^9\right)\)

\(S_{10}=3.\left(2^{10}-1\right)\)

Theo giả thiết ta có hệ : \(\begin{cases}A=90^0\\a,b,\frac{\sqrt{6}}{3},c\end{cases}\)\(\Leftrightarrow\begin{cases}a^2=b^2+c^2\\\frac{2}{3}b^2=ac\Leftrightarrow b^2=\frac{3}{2}ac\end{cases}\)

Từ đó suy ra \(a^2=\frac{3}{2}ac+c^2\Leftrightarrow2a^2=3ac+2c^2\Leftrightarrow\left(2a+c\right)\left(a-2c\right)=0\)

                                           \(\Rightarrow a=2c\left(2a+c>0\right)\)

Mà \(\cos B=\frac{c}{a}=\frac{1}{2}\Rightarrow B=60^0,C=30^0\)

Vậy tam giác ABC là tam giác nửa đều

Theo giả thiết \(AB=AC,BC,AH,AB\) lập thành cấp số cộng cho nên ta có hệ :

\(\begin{cases}\frac{1}{q}=\frac{BC}{AH}=\frac{2HC}{AH}=2\cot C\\\frac{1}{q}=\frac{AH}{AB}=\sin B\end{cases}\)

Từ đó ta có kết quả :

\(2\cot C=\sin C\)  hay   \(2\cos C=\sin^2C=1-\cos^2C\)

                                 \(\Leftrightarrow\cos^2C+2\cos C-1=0\)

                                 \(\Leftrightarrow\cos C=-1+\sqrt{2}\) (0 < C < \(90^0\))

Do C là nhọn nên \(\sin C=\sqrt{2\left(\sqrt{2}-1\right)}\)

Cho nên công bội của cấp số nhân là : \(q=\frac{1}{\sin C}=\frac{1}{\sqrt{2\left(\sqrt{2}-1\right)}}=\frac{1}{2}\sqrt{2\left(\sqrt{2}-1\right)}\)