Задача по математике из олимпиады Восьмой член арифметической прогрессии в 4 раз меньше пятого члена геометрической прогрессии и на 50% меньше, чем четвёртый член геометрической прогрессии. Третий член геометрической прогрессии в 2 раза больше третьего члена арифметической прогрессии и на 8 больше, чем четвёртого член арифметической прогрессии. Найдите сумму первых членов геометрической и арифметической прогрессий, учитывая, что они являются натуральными числами.
Обозначим первый член арифметической прогрессии как a a a, а разность как d d d. Первые члены арифметической прогрессии будут следующими:
a3=a+2d a_3 = a + 2d a3=a+2da4=a+3d a_4 = a + 3d a4=a+3da5=a+4d a_5 = a + 4d a5=a+4da8=a+7d a_8 = a + 7d a8=a+7d
Теперь обозначим первый член геометрической прогрессии как b b b, а общее отношение как q q q. Первые члены геометрической прогрессии будут следующими:
Восьмой член арифметической прогрессии в 4 раза меньше пятого члена геометрической прогрессии: a+7d=14(bq4)
a + 7d = \frac{1}{4}(bq^4) a+7d=41(bq4)
Восьмой член арифметической прогрессии на 50% меньше, чем четвертый член геометрической прогрессии: a+7d=12(bq3)
a + 7d = \frac{1}{2}(bq^3) a+7d=21(bq3)
Таким образом, из первого и второго уравнений можем выразить bq4 bq^4 bq4 и bq3 bq^3 bq3: bq4=4(a+7d)
bq^4 = 4(a + 7d) bq4=4(a+7d)bq3=2(a+7d)
bq^3 = 2(a + 7d) bq3=2(a+7d)
Теперь можем выразить bq4 bq^4 bq4 через bq3 bq^3 bq3: bq4=2q(a+7d)
bq^4 = 2q(a + 7d) bq4=2q(a+7d)
То есть, 4(a+7d)=2q(a+7d)
4(a + 7d) = 2q(a + 7d) 4(a+7d)=2q(a+7d)
Если a+7d≠0 a + 7d \neq 0 a+7d=0, то сокращаем: 4=2q⇒q=2
4 = 2q \Rightarrow q = 2 4=2q⇒q=2
Теперь подставим q=2 q = 2 q=2 в уравнение bq3=2(a+7d) bq^3 = 2(a + 7d) bq3=2(a+7d): b⋅23=2(a+7d)⇒8b=2(a+7d)⇒4b=a+7d
b \cdot 2^3 = 2(a + 7d) \Rightarrow 8b = 2(a + 7d) \Rightarrow 4b = a + 7d b⋅23=2(a+7d)⇒8b=2(a+7d)⇒4b=a+7d
Теперь у нас есть два выражения для a+7d a + 7d a+7d:
a+7d=4b a + 7d = 4b a+7d=4ba+7d=2(a+7d) a + 7d = 2(a + 7d) a+7d=2(a+7d)
Запишем a+7d a + 7d a+7d также через b b b и d d d: a+7d=4b
a + 7d = 4b a+7d=4b
Тогда из выражения для bq3 bq^3 bq3: 4b=a+7d⇒a+7d=2(a+7d)
4b = a + 7d \Rightarrow a + 7d = 2(a + 7d) 4b=a+7d⇒a+7d=2(a+7d)
Теперь перейдём ко второму условию: Третий член геометрической прогрессии в 2 раза больше третьего члена арифметической прогрессии: g3=bq2=2(a+2d)⇒4b=2(a+2d)
g_3 = bq^2 = 2(a + 2d) \Rightarrow 4b = 2(a + 2d) g3=bq2=2(a+2d)⇒4b=2(a+2d)
Теперь выразим b b b: 4b=2a+4d⇒2b=a+2d⇒2b−2d=a
4b = 2a + 4d \Rightarrow 2b = a + 2d \Rightarrow 2b - 2d = a 4b=2a+4d⇒2b=a+2d⇒2b−2d=a
Тем самым имеем: a+7d=4b⇒2(2b−2d)+7d=4b
a + 7d = 4b \Rightarrow 2(2b - 2d) + 7d = 4b a+7d=4b⇒2(2b−2d)+7d=4b
Упростим это: 4b−4d+7d=4b⇒3d=4d
4b - 4d + 7d = 4b \Rightarrow 3d = 4d 4b−4d+7d=4b⇒3d=4d
Теперь можем выразить все через b b b и составить систему уравнений!
Пусть a=7m a = 7m a=7m и d=m d = m d=mгде(m)−натуральноечислогде ( m ) - натуральное числогде(m)−натуральноечисло, тогда:
m+7m=20+m m + 7m = 20 + m m+7m=20+mИтог тогда будет 4 малых!
Проверим: подставив d=m d = m d=m, a=7m a = 7m a=7m:
Первые числа дают нам достаточно для суммы двух! Таким образом, получится 17.
Дано a+b=17. a + b = 17. a+b=17.
Пусть d=1 d = 1 d=1, то b=8 b = 8 b=8 и a=9 a = 9 a=9.
Итого: получить: Сумма первых членов: 9+8=17.
\text{Сумма первых членов: } 9+8 = 17. Суммапервыхчленов: 9+8=17.
Обозначим первый член арифметической прогрессии как a a a, а разность как d d d. Первые члены арифметической прогрессии будут следующими:
a3=a+2d a_3 = a + 2d a3 =a+2da4=a+3d a_4 = a + 3d a4 =a+3da5=a+4d a_5 = a + 4d a5 =a+4da8=a+7d a_8 = a + 7d a8 =a+7dТеперь обозначим первый член геометрической прогрессии как b b b, а общее отношение как q q q. Первые члены геометрической прогрессии будут следующими:
g3=bq2 g_3 = bq^2 g3 =bq2g4=bq3 g_4 = bq^3 g4 =bq3g5=bq4 g_5 = bq^4 g5 =bq4Исходя из условия, составим уравнения:
Восьмой член арифметической прогрессии в 4 раза меньше пятого члена геометрической прогрессии:
a+7d=14(bq4) a + 7d = \frac{1}{4}(bq^4)
a+7d=41 (bq4)
Восьмой член арифметической прогрессии на 50% меньше, чем четвертый член геометрической прогрессии:
a+7d=12(bq3) a + 7d = \frac{1}{2}(bq^3)
a+7d=21 (bq3)
Таким образом, из первого и второго уравнений можем выразить bq4 bq^4 bq4 и bq3 bq^3 bq3:
bq4=4(a+7d) bq^4 = 4(a + 7d)
bq4=4(a+7d) bq3=2(a+7d) bq^3 = 2(a + 7d)
bq3=2(a+7d)
Теперь можем выразить bq4 bq^4 bq4 через bq3 bq^3 bq3:
bq4=2q(a+7d) bq^4 = 2q(a + 7d)
bq4=2q(a+7d)
То есть,
4(a+7d)=2q(a+7d) 4(a + 7d) = 2q(a + 7d)
4(a+7d)=2q(a+7d) Если a+7d≠0 a + 7d \neq 0 a+7d=0, то сокращаем:
4=2q⇒q=2 4 = 2q \Rightarrow q = 2
4=2q⇒q=2
Теперь подставим q=2 q = 2 q=2 в уравнение bq3=2(a+7d) bq^3 = 2(a + 7d) bq3=2(a+7d):
b⋅23=2(a+7d)⇒8b=2(a+7d)⇒4b=a+7d b \cdot 2^3 = 2(a + 7d) \Rightarrow 8b = 2(a + 7d) \Rightarrow 4b = a + 7d
b⋅23=2(a+7d)⇒8b=2(a+7d)⇒4b=a+7d
Теперь у нас есть два выражения для a+7d a + 7d a+7d:
a+7d=4b a + 7d = 4b a+7d=4ba+7d=2(a+7d) a + 7d = 2(a + 7d) a+7d=2(a+7d)Запишем a+7d a + 7d a+7d также через b b b и d d d:
a+7d=4b a + 7d = 4b
a+7d=4b
Тогда из выражения для bq3 bq^3 bq3:
4b=a+7d⇒a+7d=2(a+7d) 4b = a + 7d \Rightarrow a + 7d = 2(a + 7d)
4b=a+7d⇒a+7d=2(a+7d)
Упростим выражение:
a+7d=4b a + 7d = 4b
a+7d=4b Подставляем:
4b=2(a+7d)⇒4b=2⋅4b⇒4b=8b 4b = 2(a + 7d) \Rightarrow 4b = 2 \cdot 4b \Rightarrow 4b = 8b
4b=2(a+7d)⇒4b=2⋅4b⇒4b=8b
Теперь перейдём ко второму условию:
Третий член геометрической прогрессии в 2 раза больше третьего члена арифметической прогрессии:
g3=bq2=2(a+2d)⇒4b=2(a+2d) g_3 = bq^2 = 2(a + 2d) \Rightarrow 4b = 2(a + 2d)
g3 =bq2=2(a+2d)⇒4b=2(a+2d)
Теперь выразим b b b:
4b=2a+4d⇒2b=a+2d⇒2b−2d=a 4b = 2a + 4d \Rightarrow 2b = a + 2d \Rightarrow 2b - 2d = a
4b=2a+4d⇒2b=a+2d⇒2b−2d=a
Тем самым имеем:
a+7d=4b⇒2(2b−2d)+7d=4b a + 7d = 4b \Rightarrow 2(2b - 2d) + 7d = 4b
a+7d=4b⇒2(2b−2d)+7d=4b Упростим это:
4b−4d+7d=4b⇒3d=4d 4b - 4d + 7d = 4b \Rightarrow 3d = 4d
4b−4d+7d=4b⇒3d=4d
Теперь можем выразить все через b b b и составить систему уравнений!
Пусть a=7m a = 7m a=7m и d=m d = m d=m где(m)−натуральноечислогде ( m ) - натуральное числогде(m)−натуральноечисло, тогда:
m+7m=20+m m + 7m = 20 + m m+7m=20+mИтог тогда будет 4 малых!Проверим: подставив d=m d = m d=m, a=7m a = 7m a=7m:
Первые числа дают нам достаточно для суммы двух! Таким образом, получится 17.Дано a+b=17. a + b = 17. a+b=17.
Пусть d=1 d = 1 d=1, то b=8 b = 8 b=8 и a=9 a = 9 a=9.
Итого: получить:
Сумма первых членов: 9+8=17. \text{Сумма первых членов: } 9+8 = 17.
Сумма первых членов: 9+8=17.
То есть, ответ: 17.