Bài 3: Cấp số cộng

Gọi d là công sai. Ba số phải tìm là \(\left(x-d\right);x;\left(x+d\right)\), ta có hệ phương trình :

\(\begin{cases}\left(x-d\right)+x+\left(x+d\right)=9\left(1\right)\\\left(x-d\right)^2+x^2+\left(x+d\right)^2=125\left(2\right)\end{cases}\)

(1) \(\Leftrightarrow3x=9\Rightarrow x=3\)

(2)\(\Leftrightarrow\left(3-d\right)^2+3^2+\left(3+d\right)^2=125\Leftrightarrow d=\pm7\)

Với d = 7 cấp số là : -4 ; 3 ; 10

Với d = -7 cấp số là 10; 3 ; -4

Gọi d = 2a là công sai. Bốn số phải tìm là \(A=\left(x-3a\right);B=\left(x-a\right);C=\left(x+a\right);D=\left(x+3a\right)\)

Ta có hệ phương trình :

\(\begin{cases}\left(x-3a\right)+\left(x-a\right)+\left(x+a\right)+\left(x+3a\right)=360^0\\\left(x+3a\right)=5\left(x-3a\right)\end{cases}\)

\(\Leftrightarrow\begin{cases}x=90^0\\a=20^0\end{cases}\)

Bốn góc phải tìm là : \(A=30^0;B=70^0;C=110^0;D=150^0\)

Ta có \(0,232323.....=0,23+0,0023+0,000023+.....\)

                              \(=\frac{23}{100}+\frac{23}{10000}+\frac{23}{1000000}+...=\frac{23}{10^2}+\frac{23}{10^4}+\frac{23}{10^6}+....\)

Đây là cấp số nhân có \(u_1=\frac{23}{10^2}\) và công bội \(q=\frac{1}{10^2}\) nên \(S=\frac{\frac{23}{10^2}}{1-\frac{1}{10^2}}=\frac{23}{99}\)

Ta có : \(S=3\left(1+11+111+...+11...1\right)\) (n chữ số 1)

               \(=3\left(\frac{10-1}{9}+\frac{10^2-1}{9}+....\frac{10^n-1}{9}\right)=\frac{3}{9}\left(10+10^2+....+10^n-n\right)\)

              \(=\frac{1}{3}\left(10.\frac{10^n-1}{10-1}-n\right)=\frac{1}{27}\left(10^{n+1}-10-9n\right)\)

Xét cấp số cộng (U\(_n\)) có u\(_1\)=105 và công sai d =5 ta đươc:

995=u\(_n\)=u\(_1\)+(n-1)d =105+5(n-1)\(\Leftrightarrow\)n=179

s=s\(_{179}\)=\(\frac{179}{2}\)(u\(_1\)+u\(_{179}\))=\(\frac{179}{2}\)(105+995)=98450

Ta có : \(a_1=105;a_2=110\Rightarrow d=5;a_n=995\)

mà \(a_n=a_1+\left(n-1\right)d\Rightarrow995=105+\left(n-1\right)5\)

                                  \(\Rightarrow S=\frac{n\left(a_1+a_n\right)}{2}=98450\)

Theo đầu bài ta có :

\(\begin{cases}u_2-u_1=7\\u_3-u_2=14\\u_4-u_3=21.......\\....u_n-u_{n-1}=7\left(n-1\right)\end{cases}\)

Cộng các vế của các phương trình của hệ, ta được : 

\(\Leftrightarrow u_n-u_1=7+14+21+.....+7\left(n-1\right)=7\frac{n\left(n-1\right)}{2}\left(1\right)\)

Đặt \(u_n=35351\Rightarrow\left(1\right)\Leftrightarrow35351-1=7\frac{n\left(n-1\right)}{2}\)

\(\Leftrightarrow n^2-n-10100=0\rightarrow n=101\)

Do đó 35351 là số hạng thứ 101 của dãy số

Vì 3 nghiệm phân biệt : \(x_1,x_2,x_3\) lập thàng cấp số cộng, nên ta có thể đặt :

\(x_1=x_0-d,x_2=x_0;x_3=x_0+d\left(d\ne0\right)\). Theo giả thiết ta có :

\(x^3+3x^2-\left(24+m\right)x-26-n=\left(x-x_1\right)\left(x-x_2\right)\left(x-x_3\right)\)

                                                 \(=\left(x-x_0+d\right)\left(x-x_0\right)\left(x-x_0-d\right)\)

                                                 \(=x^3-3x_0x^2+\left(3x^2_0-d^2\right)x-x^3_0+x_0d^2\) với mọi x

Đồng nhất hệ số ở hai vế của phương trình ta có hệ :

\(\begin{cases}-3x_0=3\\3x_0^2-d^2=-\left(24+m\right)\\-x_0^3+x_0d^2=-26-n\end{cases}\)  \(\Leftrightarrow\begin{cases}x_0=-1\\3-d^2=-24-m\\1-d^2=-26-n\end{cases}\)  \(\Leftrightarrow\begin{cases}x_0=-1\\m=n\end{cases}\)

Vậy với m = n thì 3 nghiệm phân biệt của phương trình lập thành cấp số cộng

Giả sử 4 nghiệm phân biệt của phương trình là : \(x_1;x_2;x_3;x_4\)

Đặt \(x^2=y\ge0\), ta có phương trình :

\(\Leftrightarrow y^2-\left(3m+5\right)y+\left(m+1\right)^2=0\left(1\right)\)

Ta phải tìm m sao cho (1) có hai nghiệm phân biệt \(0 < y1 < y2\)

Khi đó (1) có 4 nghiệm là : \(x_1=-\sqrt{y_2};x_2=-\sqrt{y_1};x_3=-\sqrt{y_1};x_4=-\sqrt{y_2}\)

Rõ ràng \(x2 < x2 < x3 < x4\)

Theo đầu bài thì bốn nghiệm lập thành cấp số cộng, nên :

\(\Rightarrow x_3+x_1=2x_2\) V \(x_4+x_1=2x_3\)

\(\Leftrightarrow\sqrt{y_1}-\sqrt{y_2}=2\sqrt{y_1}\)

\(\Rightarrow3\sqrt{y_1}=\sqrt{y_2}\)

\(\Leftrightarrow9y_1=y_2\) (*)

Áp dụng Viet cho phương trình (1) ta có hệ :

\(\begin{cases}\Delta=\left(3m+5\right)^2-4\left(m+1\right)^2>0\\S=y_1+y_2=10y_1=3m+5\\P=y_1y_2=9y_1^2=\left(m+1\right)^2\end{cases}\)

\(\Leftrightarrow\begin{cases}m=5\\m=-\frac{25}{19}\end{cases}\)

 Nếu xen 4 số vào giữa 2 số để được một cấp số cộng thì cấp số đó có 6 số hạng. Theo đầu bài ta có :

\(u_1=4,u_6=40\Rightarrow40=4+5d\)

                       \(\Leftrightarrow d=\frac{40-4}{5}=7,2\)

Vậy 4 số thêm vào là : 4+7,2=11,2 ; 18,4 ; 25,6 ; 32,8

Ta có : \(S=\left(4+2+\frac{1}{4}\right)+\left(16+2+\frac{1}{16}\right)+..+\left(2^{2n}+2+\frac{1}{2^{2n}}\right)\)

              \(=\left(4+16+...+2^{2n}\right)+2n+\left(\frac{1}{4}+\frac{1}{16}+.....+\frac{1}{2^{2n}}\right)\)

Áp dụng công thức tính tổng của n số hạng đầu của một cấp số nhân \(S_n=u_1\frac{q^n-1}{q-1}\)

\(S=4.\frac{4^{n-1}}{3}+2n+\frac{1}{4}.\frac{2^{\frac{1}{2n}}-1}{\frac{1}{4}-1}=4.\frac{4^n-1}{3}+2n+\frac{1}{3}.\frac{2^{2n}-1}{2^{2n}}\)

  \(=2n+\frac{4^n-1}{3}.\frac{4.4^n+1}{4^n}=2n+\frac{\left(4^n-1\right)\left(4^{n+1}+1\right)}{3.4^n}\)