Aritmetička progresija

Sa Wikipedije, slobodne enciklopedije
Idi na: navigacija, traži
Question book-new.svg Ovaj članak ili neka od njegovih sekcija nije dovoljno potkrijepljena izvorima (literatura, web-stranice ili drugi izvori).
Ako se pravilno ne potkrijepe validnim izvorima, sporne rečenice i navodi mogli bi biti obrisani. Pomozite Wikipediji tako što ćete navesti validne izvore putem referenci te nakon toga možete ukloniti ovaj šablon.

U matematici, aritmetička progresija ili aritmetički niz je niz brojeva takvih da je razlika između bilo koja dva susjedna člana niza konstantna. Na primjer, niz 3, 5, 7, 9, 11, 13... je aritmetička progresija sa razlikom 2.

Ako je prvi član aritmetičke progresije , a razlika između članova iznosi d, tada je n-ti član niza dat sa:

a općenitija forma je:

Primjeri[uredi | uredi izvor]

  • Među aritmetičkim progresijama najpoznatiji je niz prirodnih brojeva:
  • Niz parnih brojeva
  • Niz neparnih brojeva

Aritmetička progresija jednoznačno je određena svojim početnim članom i razlikom.

Ako je početni član 7, a razlika 3, onda je riječ o aritmetičkooj progresiji

  • Niz kvadrata prirodnih brojeva tj. niz nije aritmetička progresija

Tu su razlike među susjednim članovima redom . Razlike čine aritmetičku progresiju.

Već smo spomenuli da niz prirodnih brojeva čine dva niza:

  • niz parnih brojeva i
  • niz neparnih brojeva.

Često nulu uvrštavamo u prirodne brojeva, tako da je niz parnih brojeva , što se kraće može zapisati formulom , a niz parnih brojeva oznakom , a sa niz neparnih brojeva.

Parni brojevi su oni koji su djeljivi brojem 2, a neparni oni koji pri dijeljenju brojem 2 imaju ostatak 1.

Slično bismo mogli gledati podjelu s obzirom na djeljivost brojem 4, gdje ostaci mogu biti 0 (djeljivost brojem 4), 1, 2 ili 3.

(0) Djeljivi brojem 4: Zapis

(I) Ostatak 1 pri dijeljenju brojem 4: Zapis

(II) Ostatak 2 pri dijeljenju brojem: Zapis

(III) Ostatak 3 pri dijeljenju brojem: Zapis

Nizovi (0), (I), (II) i (III) su potpuno različiti, tj. nikoja dva nemaju zajedničkih članova, a ukupno čine skup svih prirodnih brojeva (uključujući i 0). Svaki od njih odgovara jednom od ostataka pri dijeljenju brojem 4, tj. brojevima 0, 1, 2 i 3.

Ti se nizovi mogu zapisati kao: , , , za

Kvadrati u aritmetičkoj progresiji[uredi | uredi izvor]

Razmotrimo nekoliko prvih članova niza za :

1, 6, 11, 16, 21, 26, 31, 36, 41, 46, 51, 56, 61, 66, 71, 76, 81, 86, 91, 96, 101, 106, 111, 116, 121, 126, 131, 136, 141, 146, 151, 156, 161, 166, 171, 176, 181, 186, 191, 196, 201...

Posebno smo istaknuli kvadrate:

Razmaci među kvadratima povećavaju su, tj. kvadrati su sve rjeđi. Možemo postaviti pitanje ima li u ovom nizu konačno ili beskonačno mnogo kvadrata prirodnih brojeva.

Razmotrimo nekoliko članova niza 2, 7, 12, 17, 22, 27, 32, 37, 42, 47

Izgleda da u tom nizu nema kvadrata prirodnih brojeva.

Slično je i s nizom 3, 8, 13, 18, 23, 28, 33, 38, 43, 48...

Niz sličan je nizu :

4, 9, 14, 19, 24, 29, 34, 39, 44, 49, 54, 59, 64, 69, 74, 79, 84, 89, 94, 99, 104, 109, 114, 119, 124, 129, 134, 139, 144, 149, 154, 159, 164, 169, 174, 179, 184, 189, 194, 199, 204, 209... dok je niz } vrlo jasan: 0, 5, 10, 15, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95, 100, 105, 110...

Odnosno je kvadrat cijelog broja ako i samo ako je n oblika za

To uočavamo iz . Time smo dokazali ne samo to da niz ima beskonačno mnogo kvadrata, već i to da su ti kvadrati oblika .

Nizovi } i } ne sadrže niti jedan kvadrat. Za to je dovoljno uočiti sljedeće jednakosti:

Izrečeno drugim riječima:

  • ako je broj djeljiv brojem 5, i njegov kvadrat je djeljiv brojem 5,
  • ako broj ima ostatak 1 pri dijeljenju brojem 5, njegov kvadrat ima ostatak 1 pri dijeljenju brojem 5,
  • ako broj ima ostatak 2 pri dijeljenju brojem 5, njegov kvadrat ima ostatak 4 pri dijeljenju brojem 5,
  • ako broj ima ostatak 3 pri dijeljenju brojem 5, njegov kvadrat ima ostatak 4 pri dijeljenju brojem 5,
  • ako broj ima ostatak 4 pri dijeljenju brojem 5, njegov kvadrat ima ostatak 1 pri dijeljenju brojem 5.

U nizu ima beskonačno mnogo kvadrata. Broj oblika je kvadrat ako i samo ako je oblika ili

Prvi oblik imaju itd., dok drugi imaju itd. i oni se dobiju ako u gornje izraze uvrstimo redom Lako se provjeri da ovi kvadrati zaista imaju ostatak 1 pri dijeljenju brojem 5. Ako želimo neki veliki broj koji je kvadrat i ujedno pri dijeljenju brojem 5 ima ostatak 1, u neki od gornjih izraza uvrstimo velik k, primjerice k = 100. Iz prvog izraza dobijemo , a iz drugoga .

U nizu ima beskonačno mnogo kvadrata. Broj oblika je kvadrat ako i samo ako je oblika ili

Vrijedi i uopšteno

Ako aritmetička progresija } , sadrži barem jedan kvadrat, onda on sadrži beskonačno mnogo kvadrata. Jedna progresija kvadrata u tom nizu je oblika , gdje je jedan kvadrat što ga taj niz sadrži i

Ako u nju uvrstimo , dobit ćemo

Zato, ako je za neki r (tj. ako progresija } sadrži neki kvadrat), onda je što je, opet, član niza {dn + b}. To vrijedi za sve k = 0, 1, 2, 3... pa niz {dn + b} ima beskonačno mnogo kvadrata.

Kubovi u aritmetičkoj progresiji[uredi | uredi izvor]

Posmatrajmo progresiju i istaknimo kubove prirodnih brojeva u njemu: 1, 6, 11, 16, 21, 26, 31, 36, 41, 46, 51, 56, 61, 66, 71, 76, 81, 86, 91, 96, 101, 106, 111, 116, 121, 126, 131, 136, 141, 146, 151, 156, 161, 166, 171, 176, 181, 186, 191, 196, 201...

U popisu ima samo jedan kub, broj 1, što ne znači da u tom nizu nema više kubova. Ako vrijedi tvrdnja analogna onoj za kvadrate, trebalo bi ih biti beskonačno mnogo. Pokušajmo odrediti analognu formulu, i to za svaku razliku, a ne samo za .

Formula za kub zbira je

Smjenon

i

dobijemo , što je, oblika za svako k, pa niz sadrži beskonačno mnogo kubova.

U našem slučaju je pa je formula za kubove za dobijamo , što već imamo, za dobivamo , za dobijamo itd.

Brojevi su kubovi u progresiji

Uopšteno važi

Ako aritmetička progresija za sadrži barem jedan kub, onda on sadrži beskonačno mnogo kubova. Jedan niz kubova u toj progresiji oblika , gdje je jedan kub što ga ta progresija sadrži i

Potencije u aritmetičkioj progresiji[uredi | uredi izvor]

Ako aritmetička progresija za , sadrži barem jednu s-tu potenciju, onda on sadrži beskonačno mnogo s-tih potencija. Jedna progresija s-tih potencija u toj progresiji je oblika , gdje je jedna s-ta potencija što ga ta progresija sadrži i

Ova tvrdnja proizlazi iz formule za binomne formule.

Mi ćemo je izvesti iz formula za razliku potencija koje se mogu provjeriti direktnim računanjem.

uopšteno

Za za neki , tj. ako progresija sadrži s-tu potenciju, stavljajući to u jednakost (*) dobijemo , što je oblika , pa je s-ta potencija član progresije za svaki Tako dobijemo beskonačno mnogo s-tih potencija u nizu . tome nizu.

Suma (aritmetičkog reda)[uredi | uredi izvor]

Suma komponenata aritmetičke progresije naziva se aritmetički red.

Posmatrajmo zbir prvih 5 članova aritmetičkog niza.

Zbir može biti brzo pronađen množenjem broja n članova koji se dodaju () zbirom prvog i poslednjeg člana niza (), i deljenjem sa

U našem slučaju, dobijamo jednačinu:

Formula važi za bilo koje realne brojeve i .

Na primer:

Formula (za aritmetički red)[uredi | uredi izvor]

Animated proof for the formula giving the sum of the first integers 1+2+...+n.gif

Izrazimo artimetički red na dva različita načina:

Saberimo obje jednačina, lijevu stranu prve jednačine sa lijevom stranom druge jednačine, te desnu stranu prve jednačine sa desnom stranom druge jednačine. Svi članovi koji sadrže d se poništavaju, a ostaje nam:

Sređivajući i uzimajući u obzir da je , dobijamo:

ili

za niz


opšti član niza je

Neka su data dva različita člana niza

njihova razlika je


Primjeri

Zbir prvih n prirodnih brojeva

.

Zbir prvih n kvadrata prirodnih brojeva

.

Izvođenje formule[uredi | uredi izvor]

Napišino formulu aritmetičke progresije na dva načina

i saberimo ih.

Smjenom :

dobijamo

Dodatno, glavna vrednost niza može biti izračunata pomoću: {\displaystyle S_{n}/n} {\displaystyle S_{n}/n}:

499. godine AD Ariabata, istaknuti matematičar-astronom iz klasičnog doba indijske matematike i indijske astronomije, je dao ovaj metod u Ariabatiji (odeljak 2.18).

Proizvod[uredi | uredi izvor]

Proizvod komponenata aritmetičke progresije sa početnim elementom , razlikom između člaova ,te elemenata u totalu, je određen izrazom

gdje označava Pochhammerov simbol, a označava gama funkciju. (Zapazite da formula ne vrijedi kada je negativan cijeli broj ili kada je nula).

Ovo je generalizacija iz činjenice da je proizvod progresije dat preko faktorijela , te da je proizvod

za prirodne brojeve i dat sa

Proizvod članova aritmetičke progresije dat kao do 50-og člana je

Presjek[uredi | uredi izvor]

Presjek bilo koje dvije duple beskonačne aritmetiče progresije je prazan ili druga aritmetička progresija. Ona se može pronaći korištenjem teoreme kineski podsjetnik. Ako svake dvije progresije u porodici ili duple aritmetičke progresije imaju ne-prazan presjek, onda postoji broj zajednički za sve njih; to je beskonačna aritmetička progresija iz Heli porodice. Međutim, presjek beskonačno mnogo beskonačnih aritmetičkih progresija može biti jedan broj, prije nego sama beskonačna progresija.

Standardna devijacija[uredi | uredi izvor]

Standardna devijacija bilo koje formule aritmetičke progresije može ae izračunati formulom:

gde je broj članova u progresiji, a međusobna razlika između članova

Konvergencija aritmetičke progresije[uredi | uredi izvor]

Za aritmetičku progresiju , važi


Formule[uredi | uredi izvor]

Ako je

prvi član aritmetičke progresije.

n-ti član aritmetičke progresije.

razlika između članova aritmetičke progresije.

broj članova aritmetičke progresije.

zbir n članova aritmetičke progresije.

srednja vrednost aritmetičkog niza.

onda je

1.
2.
3.
4.
5. =
6.

Također pogledajte[uredi | uredi izvor]

Reference[uredi | uredi izvor]

  • Sigler, Laurence E. (trans.) (2002). Fibonacci's Liber Abaci. Springer-Verlag. str. 259–260. ISBN 0-387-95419-8. 

Izvor[uredi | uredi izvor]

Potencije u aritmetičkim nizovima/Anđelko Marić, Sinj i Ivica Gusić, Zagreb/Matka 23 (2014/2015)br 92

Vanjski linkovi[uredi | uredi izvor]