Катя нарисовала у себя в тетради квадраты с четными сторонами от 2 клеток до 2024 клеток. Ира же под каждым Катиным квадратом нарисовала прямоугольник с тем же периметром, но на 1 меньшей ширины, чем у квадрата. У кого из девочек получилась большая суммарная площадь (в клетках) и на сколько?
Чтобы решить эту задачу, давайте начнем с определения суммарных площадей квадратов, которые нарисовала Катя, и прямоугольников, которые нарисовала Ира.
Площадь квадрата Кати: Квадраты имеют четные стороны от 2 до 2024 клеток. То есть, стороны квадратов будут 2, 4, 6, ..., 2024. Это арифметическая прогрессия с первым членом a1=2 a_1 = 2 a1=2 и последним an=2024 a_n = 2024 an=2024, разность d=2 d = 2 d=2.
Количество членов в этой прогрессии можно найти по формуле для n-ого члена: n=2024−22+1=1012
n = \frac{2024 - 2}{2} + 1 = 1012 n=22024−2+1=1012
Площадь квадрата со стороной a a a: S<em>квадрат=a2
S<em>{\text{квадрат}} = a^2 S<em>квадрат=a2
Суммарная площадь квадратов будет: S</em>Кати=∑<em>k=11012(2k)2=4∑</em>k=11012k2
S</em>{\text{Кати}} = \sum<em>{k=1}^{1012} (2k)^2 = 4 \sum</em>{k=1}^{1012} k^2 S</em>Кати=∑<em>k=11012(2k)2=4∑</em>k=11012k2
Сумма квадратов первых n натуральных чисел: ∑<em>k=1nk2=n(n+1)(2n+1)6
\sum<em>{k=1}^{n} k^2 = \frac{n(n+1)(2n+1)}{6} ∑<em>k=1nk2=6n(n+1)(2n+1)
Подставим n=1012 n = 1012 n=1012: ∑</em>k=11012k2=1012⋅(1012+1)⋅(2⋅1012+1)6=1012⋅1013⋅20256
\sum</em>{k=1}^{1012} k^2 = \frac{1012 \cdot (1012 + 1) \cdot (2 \cdot 1012 + 1)}{6} = \frac{1012 \cdot 1013 \cdot 2025}{6} ∑</em>k=11012k2=61012⋅(1012+1)⋅(2⋅1012+1)=61012⋅1013⋅2025
Таким образом, SКати=4⋅1012⋅1013⋅20256
S_{\text{Кати}} = 4 \cdot \frac{1012 \cdot 1013 \cdot 2025}{6} SКати=4⋅61012⋅1013⋅2025
Площадь прямоугольника Иры: Периметр квадрата со стороной a a a равен P=4a P = 4a P=4a. Для прямоугольника с шириной на 1 меньше стороны квадрата, если ширина w=a−1 w = a-1 w=a−1, то длину прямоугольника можно обозначить как l=P2−w=2a−(a−1)=a+1 l = \frac{P}{2} - w = 2a - (a-1) = a + 1 l=2P−w=2a−(a−1)=a+1.
Чтобы решить эту задачу, давайте начнем с определения суммарных площадей квадратов, которые нарисовала Катя, и прямоугольников, которые нарисовала Ира.
Площадь квадрата Кати:
Квадраты имеют четные стороны от 2 до 2024 клеток. То есть, стороны квадратов будут 2, 4, 6, ..., 2024. Это арифметическая прогрессия с первым членом a1=2 a_1 = 2 a1 =2 и последним an=2024 a_n = 2024 an =2024, разность d=2 d = 2 d=2.
Количество членов в этой прогрессии можно найти по формуле для n-ого члена:
n=2024−22+1=1012 n = \frac{2024 - 2}{2} + 1 = 1012
n=22024−2 +1=1012
Площадь квадрата со стороной a a a:
S<em>квадрат=a2 S<em>{\text{квадрат}} = a^2
S<em>квадрат=a2 Суммарная площадь квадратов будет:
S</em>Кати=∑<em>k=11012(2k)2=4∑</em>k=11012k2 S</em>{\text{Кати}} = \sum<em>{k=1}^{1012} (2k)^2 = 4 \sum</em>{k=1}^{1012} k^2
S</em>Кати=∑<em>k=11012(2k)2=4∑</em>k=11012k2 Сумма квадратов первых n натуральных чисел:
∑<em>k=1nk2=n(n+1)(2n+1)6 \sum<em>{k=1}^{n} k^2 = \frac{n(n+1)(2n+1)}{6}
∑<em>k=1nk2=6n(n+1)(2n+1) Подставим n=1012 n = 1012 n=1012:
∑</em>k=11012k2=1012⋅(1012+1)⋅(2⋅1012+1)6=1012⋅1013⋅20256 \sum</em>{k=1}^{1012} k^2 = \frac{1012 \cdot (1012 + 1) \cdot (2 \cdot 1012 + 1)}{6} = \frac{1012 \cdot 1013 \cdot 2025}{6}
∑</em>k=11012k2=61012⋅(1012+1)⋅(2⋅1012+1) =61012⋅1013⋅2025
Таким образом,
SКати=4⋅1012⋅1013⋅20256 S_{\text{Кати}} = 4 \cdot \frac{1012 \cdot 1013 \cdot 2025}{6}
SКати =4⋅61012⋅1013⋅2025
Площадь прямоугольника Иры:
Периметр квадрата со стороной a a a равен P=4a P = 4a P=4a. Для прямоугольника с шириной на 1 меньше стороны квадрата, если ширина w=a−1 w = a-1 w=a−1, то длину прямоугольника можно обозначить как l=P2−w=2a−(a−1)=a+1 l = \frac{P}{2} - w = 2a - (a-1) = a + 1 l=2P −w=2a−(a−1)=a+1.
Площадь прямоугольника Иры:
SИры=(a−1)(a+1)=a2−1 S_{\text{Иры}} = (a-1)(a+1) = a^2 - 1
SИры =(a−1)(a+1)=a2−1
Суммарная площадь прямоугольников:
S<em>Иры=∑</em>k=11012((2k)2−1)=∑<em>k=11012(4k2−1)=4∑</em>k=11012k2−∑k=110121 S<em>{\text{Иры}} = \sum</em>{k=1}^{1012} ((2k)^2 - 1) = \sum<em>{k=1}^{1012} (4k^2 - 1) = 4 \sum</em>{k=1}^{1012} k^2 - \sum_{k=1}^{1012} 1
S<em>Иры=∑</em>k=11012((2k)2−1)=∑<em>k=11012(4k2−1)=4∑</em>k=11012k2−k=1∑1012 1 =4⋅1012⋅1013⋅20256−1012 = 4 \cdot \frac{1012 \cdot 1013 \cdot 2025}{6} - 1012
=4⋅61012⋅1013⋅2025 −1012
Сравнение площадей:
Площадь квадратов:
S<em>Кати=4⋅1012⋅1013⋅20256 S<em>{\text{Кати}} = 4 \cdot \frac{1012 \cdot 1013 \cdot 2025}{6}
S<em>Кати=4⋅61012⋅1013⋅2025 Площадь прямоугольников:
S</em>Иры=4⋅1012⋅1013⋅20256−1012 S</em>{\text{Иры}} = 4 \cdot \frac{1012 \cdot 1013 \cdot 2025}{6} - 1012
S</em>Иры=4⋅61012⋅1013⋅2025 −1012
Теперь видно, что:
S<em>Кати−S</em>Иры=1012 S<em>{\text{Кати}} - S</em>{\text{Иры}} = 1012
S<em>Кати−S</em>Иры=1012
Таким образом, у Кати площадь больше, чем у Иры на 1012 клеток.
Две клетки - 1 см. 2024 клетки - 1012 см, то есть 10 м с хвостиком. Таких тетрадей не бывает.