MathTest.uz
Алгебра

Сумма арифметической прогрессии

средне 165 мин сумма арифметической прогрессииарифметический рядS_nчастичная суммаметод Гауссасредний членсигмапоследовательностьнакопленная суммалинейный росттекстовые задачиряд

Почему это важно?

Во многих реальных задачах нужен не отдельный член, а общий результат, накопленный к определённому моменту: общий объём производства, суммарное число мест, общее количество упражнений или поэтапные накопления. Сумма арифметической прогрессии позволяет быстро вычислять накопленный результат при постоянном изменении и создаёт основу для записи с помощью сигмы, последовательностей и последующего изучения суммы геометрической прогрессии.

Цели обучения

  • Различать обозначения a_n и S_n
  • Объяснять сумму первых n членов как частичную сумму
  • Применять формулу S_n=n(a_1+a_n)/2
  • Применять формулу S_n=n[2a_1+(n-1)d]/2
  • Обосновывать формулу суммы методом попарного сложения
  • Понимать идею «число членов × среднее значение первого и последнего»
  • Находить сумму через центральный член при нечётном n
  • Использовать симметричные пары при чётном n
  • Находить S_n по известным a_1,d,n
  • Находить S_n по известным a_1,a_n,n
  • Восстанавливать a_n по S_n и S_{n-1}
  • Восстанавливать члены последовательности по формуле частичных сумм
  • Находить неизвестное n по заданному S_n
  • Находить a_1 или d по заданному S_n
  • Вычислять сумму членов конечной арифметической прогрессии на заданном диапазоне индексов
  • Находить сумму от a_p до a_q как разность частичных сумм
  • Быстро использовать сумму симметричных пар членов
  • Преобразовывать запись с сигмой в сумму арифметической прогрессии
  • Получать квадратичную формулу по n для суммы линейного a_n
  • Интерпретировать рост частичной суммы через отдельные члены
  • Моделировать общую величину в реальных задачах с постоянным приростом
  • Не смешивать формулы суммы и отдельного члена
В арифметической прогрессии a_n обозначает отдельный член, а S_n — сумму первых n членов: S_n=a_1+a_2+...+a_n. Если члены изменяются с постоянным шагом d, то при попарном сложении первого и последнего, второго и предпоследнего и так далее каждая пара даёт одну и ту же сумму a_1+a_n. Эта симметрия лежит в основе метода Гаусса и приводит к формуле S_n=n(a_1+a_n)/2. Если последний член отдельно не задан, подставляем формулу из темы 49: a_n=a_1+(n-1)d. Тогда получаем S_n=n[2a_1+(n-1)d]/2. Иными словами, сумма арифметической прогрессии равна «число членов × среднее значение членов». Частичные суммы дают ещё одну важную связь: S_n-S_{n-1}=a_n. Поэтому по формуле суммы можно восстановить исходную последовательность. В этой теме важнее не механически запоминать формулы, а распознавать, какие данные известны, и выбирать кратчайшую эквивалентную форму.

Определения

Арифметический ряд

Конечная сумма членов арифметической прогрессии или, в данном контексте, её частичная сумма.

Последовательность — это список членов, а арифметический ряд — их сумма.

Пример: $3+7+11+15$

Не является примером: $3,7,11,15$ — это список членов, а не их сумма.

💡 В этой теме основное внимание уделяется конечным частичным суммам.

Частичная сумма

Сумма первых n членов: S_n=a_1+a_2+...+a_n.

Общий накопленный результат от первого до n-го члена.

Пример: $S_4=2+5+8+11=26$

Не является примером: $a_4=11$ — это один член.

💡 Не путайте S_n и a_n.

Обозначение S_n

S_n обозначает сумму первых n членов последовательности.

Нижний индекс показывает, сколько первых членов сложено.

Пример: $S_{10}$ — сумма первых 10 членов.

Не является примером: $a_{10}$ обозначает только десятый член.

💡 Это одна из самых частых ошибок в обозначениях.

Первый член

Первый член арифметической прогрессии a_1, входящий в рассматриваемую сумму.

Левая крайняя величина в формуле попарного сложения.

Пример: $a_1=4$

Не является примером: Хотя $S_1=a_1$ численно, смысл обозначений различен.

💡 $S_1=a_1$.

Последний член

Последний член a_n в сумме первых n членов.

Правая крайняя величина в формуле попарного сложения.

Пример: $a_{20}=61$

Не является примером: n — число членов, а a_n — значение последнего члена.

💡 $a_n=a_1+(n-1)d$.

Число членов

Общее количество членов n, входящих в сумму.

Показывает, сколько чисел складывается от первого до последнего.

Пример: В $S_{25}$ имеем n=25.

Не является примером: Не смешивайте стандартную индексацию с моделями, начинающимися с n=0.

💡 В теме 50 стандартная индексация начинается с 1.

Общая разность

Постоянная разность d между соседними членами арифметической прогрессии.

Используется, чтобы восстановить последний член или перейти ко второй формуле суммы.

Пример: Для $4,7,10,\ldots$ имеем d=3.

Не является примером: Постоянный процентный рост не является общей разностью.

💡 Это необходимая база из темы 49.

Метод попарного сложения

Способ вычисления суммы путём объединения симметричных членов с начала и конца в пары с одинаковой суммой.

Суммы a_1+a_n, a_2+a_{n-1}, ... одинаковы.

Пример: $1+2+\ldots+100$ можно объединить в пары 1+100, 2+99, ...

Не является примером: Произвольные пары членов не обязаны иметь одинаковую сумму.

💡 Метод также называют попарным сложением Гаусса.

Симметричные пары

Члены a_k и a_{n+1-k}, сумма индексов которых равна n+1.

k-й член от начала соединяется с k-м членом от конца.

Пример: $a_3+a_{n-2}=a_1+a_n$

Не является примером: Если сумма индексов не равна n+1, это не симметричная пара относительно концов суммы.

💡 Каждая такая пара имеет сумму a_1+a_n.

Среднее значение членов

Среднее арифметическое всех членов конечной арифметической прогрессии: (a_1+a_n)/2.

Из-за симметрии арифметической прогрессии среднее всех членов равно среднему крайних.

Пример: Для $2,5,8,11$ среднее равно 6.5=(2+11)/2.

Не является примером: Это не геометрическое среднее.

💡 $S_n=n·\text{среднее}$.

Центральный член

При нечётном n единственный член с индексом (n+1)/2.

Симметричные пары располагаются вокруг этого члена.

Пример: При n=9 центральный член — $a_5$.

Не является примером: При чётном n единственного центрального члена нет.

💡 При нечётном n среднее значение равно a_{(n+1)/2}.

Запись с сигмой

Компактная запись суммирования по индексу с помощью символа ∑.

Позволяет коротко записывать длинную сумму.

Пример: $\sum_{k=1}^{n}a_k=S_n$

Не является примером: Символ ∑ не обозначает умножение.

💡 k — фиктивный индекс суммирования.

Накопленная сумма

Общий результат, накопленный до заданного шага.

На каждом новом шаге к предыдущему итогу прибавляется следующий член.

Пример: $S_n=S_{n-1}+a_n$

Не является примером: Отдельный a_n сам по себе не является накопленным итогом.

💡 Важно для интерпретации реальных задач.

Разность частичных сумм

Тождество S_q-S_{p-1}=a_p+a_{p+1}+...+a_q.

Из большей накопленной суммы вычитаем более раннюю, и остаётся нужный диапазон.

Пример: $a_5+\ldots+a_{12}=S_{12}-S_4$

Не является примером: $S_{12}-S_5$ уже не содержит a_5.

💡 При p=1 удобно использовать соглашение S_0=0.

S_0 · Пустая сумма

Удобное соглашение S_0=0 для суммы, в которую не входит ни одного члена.

Позволяет использовать одну и ту же формулу диапазонной суммы даже при p=1.

Пример: $S_3-S_0=S_3$

Не является примером: $S_0$ не означает a_0.

💡 Это алгебраическое соглашение.

Восстановление члена по сумме

Связь a_n=S_n-S_{n-1}, позволяющая получить отдельный член из частичных сумм.

Приращение накопленного итога за один шаг равно очередному члену.

Пример: $S_8-S_7=a_8$

Не является примером: $S_8-S_6=a_7+a_8$, а не только a_8.

💡 Связывает последовательность частичных сумм с исходной последовательностью.

Квадратичная модель частичной суммы

Формула S_n арифметической прогрессии является квадратичным многочленом по n.

Если отдельные члены растут линейно, их накопленная сумма растёт квадратично.

Пример: Если $a_n=3n+1$, то $S_n$ — квадратичная функция n.

Не является примером: Не всякая квадратичная формула S_n автоматически соответствует арифметической прогрессии; нужно проверить S_n-S_{n-1}.

💡 Идея дискретного накопления.

Треугольное число

Число T_n=1+2+...+n=n(n+1)/2.

Это самый простой пример суммы арифметической прогрессии.

Пример: $T_{10}=55$

Не является примером: $1+2+4+\ldots$ не является суммой последовательных натуральных чисел.

💡 Классический пример многих формул суммы.

Прикладная модель арифметического ряда

Модель, в которой величины по шагам образуют арифметическую прогрессию, а вопрос требует их общего количества.

Сигнальные слова: «каждый раз на ... больше» и «сколько всего».

Пример: В первый день 10 единиц, каждый день на 2 больше; требуется общий результат за 7 дней.

Не является примером: Если требуется только значение на 7-м шаге, это задача на a_7, а не на сумму.

💡 В условии слово «всего» часто сигнализирует о сумме.

Выбор формулы

Выбор эквивалентной формулы S_n, наиболее подходящей к данным условиям задачи.

Если известен последний член — удобна формула через края; если известна d — формула через a_1 и d.

Пример: $a_1,a_n,n$ → $S_n=n(a_1+a_n)/2$.

Не является примером: Необязательно в каждой задаче сначала вычислять a_n.

💡 Правильный выбор формулы сокращает вычисления.

Основные понятия

Различие между членом и суммой

a_n — одно значение, а S_n — сумма всех членов от a_1 до a_n.

$a_n\neq S_n$

Даже если S_1=a_1, при n>1 эти обозначения имеют разный смысл.

Инвариант попарного сложения Гаусса

В арифметической прогрессии члены, равноудалённые от начала и конца, имеют одинаковую сумму.

$a_k+a_{n+1-k}=a_1+a_n$

Сумма индексов пары равна n+1.

Принцип «среднее × количество»

Сумма конечной арифметической прогрессии равна произведению среднего значения её членов на число членов.

$S_n=n\cdot\frac{a_1+a_n}{2}$

Среднее крайних членов равно среднему всех членов.

Эквивалентность двух основных формул

Подстановка a_n=a_1+(n−1)d связывает две стандартные формулы суммы.

$S_n=\frac n2(a_1+a_n)=\frac n2[2a_1+(n-1)d]$

Формула общего члена из темы 49 связывает две формы S_n.

Нечётное n: центральный член

При нечётном числе членов среднее значение всей прогрессии равно центральному члену.

$S_n=n a_{(n+1)/2}$

n — нечётное.

Чётное n: центральная пара

При чётном n имеются два центральных члена; их среднее равно среднему всей прогрессии.

$S_n=\frac n2(a_{n/2}+a_{n/2+1})$

n — чётное.

Рекуррентная связь частичных сумм

Каждый новый накопленный итог получается прибавлением очередного члена к предыдущему итогу.

$S_n=S_{n-1}+a_n$

n≥1, S_0=0.

Разность сумм восстанавливает член

Первая разность последовательности частичных сумм равна исходному члену последовательности.

$a_n=S_n-S_{n-1}$

n≥1.

Арифметическая прогрессия → квадратичная S_n

Поскольку a_n является линейной функцией n, S_n является квадратичной функцией n.

$a_n=pn+q\Rightarrow S_n=\frac p2n(n+1)+qn$

n — положительное целое число.

Квадратичная S_n → арифметическая прогрессия

Если S_n=An²+Bn и S_0=0, то a_n=S_n−S_{n-1}=2An+(B−A), то есть члены образуют арифметическую прогрессию.

$S_n=An^2+Bn$

Свободный член равен 0, что согласуется с соглашением S_0=0.

Сумма на диапазоне индексов

Чтобы сложить последовательные члены с p-го по q-й, из S_q вычитают предыдущую частичную сумму S_{p-1}.

$\sum_{k=p}^{q}a_k=S_q-S_{p-1}$

1≤p≤q.

Треугольные числа как базовая модель

Сумма 1,2,...,n равна n(n+1)/2; многие суммы линейных выражений сводятся к этой модели.

$1+2+\cdots+n=\frac{n(n+1)}2$

n∈N.

Сумма постоянной последовательности

Если d=0, все члены равны a_1, поэтому сумма равна na_1.

$d=0\Rightarrow S_n=na_1$

Частный случай арифметической прогрессии.

Отрицательная разность допустима

Формулы суммы одинаково работают для убывающей прогрессии; меняются только значения членов и знак итоговой суммы.

$d<0$

Формулы остаются без изменений.

Переход через ноль и алгебраическая сумма

Даже если члены переходят от положительных значений к отрицательным, алгебраическая сумма остаётся знаковым итогом.

$S_n=\sum a_k$

В прикладном контексте отрицательные члены могут требовать отдельной физической интерпретации.

Неизвестное n и дискретность

После решения уравнения S_n=T найденное n обязано быть положительным целым числом.

$n\in\mathbb N$

Алгебраические корни квадратного уравнения нужно отфильтровать.

Быстрый приём с симметричными парами

В полном блоке арифметической прогрессии все симметричные пары имеют одинаковую сумму, поэтому вычислять каждый член отдельно не нужно.

$a_p+a_q=a_{p+1}+a_{q-1}$

Сумма индексов p+q постоянна.

Линейность сигма-суммы

Постоянный множитель можно вынести за знак суммы, а сумму нескольких выражений — разделить на отдельные суммы.

$\sum(ck+b)=c\sum k+\sum b$

Границы суммирования должны совпадать.

Связь с арифметическим средним

Среднее значение конечной арифметической прогрессии равно среднему арифметическому её первого и последнего членов.

$\bar a=\frac{S_n}{n}=\frac{a_1+a_n}{2}$

n>0.

Накопительный смысл в прикладных задачах

a_n — величина на отдельном шаге, а S_n — общий результат, накопленный к этому шагу.

$S_n=S_{n-1}+a_n$

a_n и S_n имеют одинаковую физическую единицу, но различный смысловой охват.

Выбор формулы по известным данным

Если известны a_1,a_n,n — удобна формула через крайние члены; если a_1,d,n — формула через разность; если известны S_n и S_{n-1} — берём их разность.

Сначала перечислите известные величины.

Граница темы: конечные и бесконечные ряды

При d≠0 члены арифметической прогрессии не стремятся к нулю, поэтому обычный бесконечный ряд не сходится; эта тема посвящена конечным суммам.

Сходимость бесконечных рядов изучается отдельно.

Библиотека формул

Определение частичной суммы

$$S_n=a_1+a_2+\cdots+a_n$$

Непосредственная сумма первых n членов арифметической прогрессии.

Условие: n≥1

Частные случаи: S_1=a_1.

Формула через крайние члены

$$S_n=\frac{n(a_1+a_n)}{2}$$

Число членов умножается на среднее арифметическое первого и последнего членов.

Условие: n — положительное целое число

Частные случаи: Работает при любом чётном или нечётном n.

Формула через общую разность

$$S_n=\frac{n}{2}[2a_1+(n-1)d]$$

Позволяет найти сумму без отдельного вычисления последнего члена.

Условие: n — положительное целое число

Частные случаи: При d=0 получаем S_n=na_1.

Формула последнего члена

$$a_n=a_1+(n-1)d$$

Формула общего члена из темы 49, необходимая для перехода между формулами суммы.

Условие: n≥1

Частные случаи: При d=0 все члены одинаковы.

Форма через среднее значение

$$\frac{S_n}{n}=\frac{a_1+a_n}{2}$$

Среднее значение конечной арифметической прогрессии равно среднему её крайних членов.

Условие: n>0

Частные случаи: При нечётном n среднее равно центральному члену.

Нечётное n: центральный член

$$S_n=n a_{(n+1)/2}$$

Сумма равна числу членов, умноженному на центральный член.

Условие: n — нечётное положительное целое число

Частные случаи: Например, S_9=9a_5.

Чётное n: центральная пара

$$S_n=\frac n2(a_{n/2}+a_{n/2+1})$$

n/2 симметричных пар имеют одну и ту же сумму, равную сумме двух центральных членов.

Условие: n — чётное положительное целое число

Частные случаи: Например, S_10=5(a_5+a_6).

Рекуррентная формула частичных сумм

$$S_n=S_{n-1}+a_n$$

Накопленный итог увеличивается ровно на один новый член.

Условие: n≥1, S_0=0

Частные случаи: S_1=S_0+a_1=a_1.

Восстановление члена по частичным суммам

$$a_n=S_n-S_{n-1}$$

Разность двух последовательных накопленных итогов равна очередному члену.

Условие: n≥1

Частные случаи: a_1=S_1-S_0.

Сумма на диапазоне индексов

$$a_p+a_{p+1}+\cdots+a_q=S_q-S_{p-1}$$

Из большой частичной суммы удаляется сумма предыдущих членов.

Условие: 1≤p≤q

Частные случаи: При p=1 получаем просто S_q.

Запись с сигмой

$$\sum_{k=1}^{n}a_k=S_n$$

Компактная запись частичной суммы с помощью символа ∑.

Условие: n — положительное целое число

Частные случаи: Фиктивный индекс можно обозначать k,j,r и т. д.

Треугольное число

$$1+2+\cdots+n=\frac{n(n+1)}{2}$$

Сумма натуральных чисел от 1 до n.

Условие: n∈N

Частные случаи: Часто обозначается T_n.

Сумма первых n нечётных чисел

$$1+3+5+\cdots+(2n-1)=n^2$$

Сумма первых n нечётных чисел является точным квадратом.

Условие: n∈N

Частные случаи: При n=1 получаем 1.

Сумма первых n чётных чисел

$$2+4+\cdots+2n=n(n+1)$$

Сумма первых n чётных натуральных чисел.

Условие: n∈N

Частные случаи: Равно 2T_n.

Сумма линейных членов

$$\sum_{k=1}^{n}(pk+q)=\frac{p n(n+1)}{2}+qn$$

Преобразует сумму линейных по k членов в квадратичную формулу.

Условие: n∈N

Частные случаи: Для арифметической прогрессии p=d, q=a_1−d.

Квадратичная форма частичной суммы арифметической прогрессии

$$S_n=\frac d2n^2+\left(a_1-\frac d2\right)n$$

Показывает, что S_n является квадратичной функцией n.

Условие: n∈N

Частные случаи: При d=0 квадратичный коэффициент исчезает и получается S_n=na_1.

Восстановление a_n по квадратичной S_n

$$S_n=An^2+Bn\Longrightarrow a_n=2An+(B-A)$$

Позволяет получить исходный линейный член из квадратичной формулы частичной суммы.

Условие: S_0=0

Частные случаи: Общая разность равна d=2A.

Восстановление d по квадратичной S_n

$$S_n=An^2+Bn\Longrightarrow d=2A$$

Коэффициент при n² в S_n напрямую связан с общей разностью.

Условие: S_0=0

Частные случаи: Если A=0, то d=0.

Восстановление a_1 по квадратичной S_n

$$S_n=An^2+Bn\Longrightarrow a_1=A+B$$

Первый член равен S_1, поэтому считывается как A+B.

Условие: S_0=0

Частные случаи: A+B может быть отрицательным.

Уравнение для неизвестного n

$$S_n=T\Longrightarrow n[2a_1+(n-1)d]=2T$$

Превращает вопрос о числе членов до заданной суммы в квадратное уравнение.

Условие: n — положительное целое число

Частные случаи: Из алгебраических корней принимается только положительный целый n.

Нахождение неизвестной общей разности d

$$d=\frac{2S_n/n-2a_1}{n-1}$$

Находит общую разность по известным сумме, первому члену и числу членов.

Условие: n>1

Частные случаи: При n=1 общую разность по одной сумме определить нельзя.

Нахождение неизвестного первого члена

$$a_1=\frac{S_n}{n}-\frac{(n-1)d}{2}$$

Находит первый член по среднему значению и накопленному изменению.

Условие: n≥1

Частные случаи: При d=0 получаем a_1=S_n/n.

Инвариант суммы симметричных членов

$$a_k+a_{n+1-k}=a_1+a_n$$

Любая симметричная пара имеет ту же сумму, что первый и последний члены.

Условие: Допустимые симметричные индексы

Частные случаи: При нечётном n центральный член образует пару сам с собой.

Среднее конечной арифметической прогрессии

$$\bar a=\frac{1}{n}\sum_{k=1}^{n}a_k=\frac{a_1+a_n}{2}$$

Среднее значение конечной арифметической прогрессии равно середине между крайними значениями.

Условие: n>0

Частные случаи: При нечётном n среднее равно центральному члену.

Сумма постоянной арифметической прогрессии

$$d=0\Longrightarrow S_n=na_1$$

Сумма n одинаковых чисел равна n-кратному первому члену.

Условие: d=0

Частные случаи: a_n=a_1 для всех n.

Теоремы и доказательства

📐 Теорема о сумме арифметической прогрессии

Для конечной арифметической прогрессии с первым членом a_1 и n-м членом a_n выполняется S_n=n(a_1+a_n)/2.

Если соединять члены от начала и конца, каждая симметричная пара имеет одну и ту же сумму.

Показать доказательство

Дано: a_1,...,a_n — арифметическая прогрессия.

Требуется доказать: Доказать S_n=n(a_1+a_n)/2.

  1. Запишем S_n=a_1+a_2+...+a_n.
  2. В обратном порядке: S_n=a_n+a_{n-1}+...+a_1.
  3. При почленном сложении каждая пара равна a_1+a_n.
  4. Таких столбцов n, поэтому 2S_n=n(a_1+a_n).
  5. Делим обе части на 2.

S_n=n(a_1+a_n)/2. ∎

📐 Теорема о формуле суммы через общую разность

Если известны a_1,d,n, то S_n=n[2a_1+(n−1)d]/2.

Последний член находится от первого на n−1 одинаковых шагов.

Показать доказательство

Дано: Дана арифметическая прогрессия с известными a_1,d,n.

Требуется доказать: Доказать S_n=n[2a_1+(n−1)d]/2.

  1. Из темы 49: a_n=a_1+(n−1)d.
  2. Основная формула: S_n=n(a_1+a_n)/2.
  3. Подставляем вместо a_n выражение a_1+(n−1)d.
  4. В скобках получаем 2a_1+(n−1)d.
  5. Следовательно, S_n=n[2a_1+(n−1)d]/2.

Формула через общую разность доказана. ∎

📐 Теорема о разности частичных сумм

Для любой последовательности a_n=S_n−S_{n-1}, если принять S_0=0.

Приращение накопленного счётчика за один шаг равно величине этого шага.

Показать доказательство

Дано: S_n=a_1+...+a_n и S_{n-1}=a_1+...+a_{n-1}.

Требуется доказать: Доказать a_n=S_n−S_{n-1}.

  1. S_n=a_1+a_2+...+a_{n-1}+a_n.
  2. S_{n-1}=a_1+a_2+...+a_{n-1}.
  3. Вычитаем второе равенство из первого.
  4. Все общие члены сокращаются, остаётся a_n.

a_n=S_n−S_{n-1}. ∎

📐 Теорема о центральном члене

Для конечной арифметической прогрессии с нечётным n выполняется S_n=n·a_{(n+1)/2}.

Симметричные члены уравновешиваются вокруг центрального члена.

Показать доказательство

Дано: n нечётно и a_1,...,a_n образуют арифметическую прогрессию.

Требуется доказать: Доказать S_n=n·a_{(n+1)/2}.

  1. Поскольку n нечётно, m=(n+1)/2 — целый центральный индекс.
  2. По симметрии арифметической прогрессии a_1+a_n=2a_m.
  3. Используем S_n=n(a_1+a_n)/2.
  4. Подставляя a_1+a_n=2a_m, получаем S_n=na_m.

S_n=n·a_{(n+1)/2}. ∎

📐 Характеризация по квадратичной частичной сумме

Если S_0=0 и S_n=An²+Bn, то a_n=2An+(B−A) образует арифметическую прогрессию с d=2A; и наоборот, частичные суммы любой арифметической прогрессии имеют такой квадратичный вид.

Дискретная разность переводит квадратичную зависимость в линейную, а дискретное суммирование — линейную в квадратичную.

Показать доказательство

Дано: S_0=0 и задано S_n=An²+Bn либо известно, что a_n — арифметическая прогрессия.

Требуется доказать: Доказать эквивалентность: квадратичная частичная сумма с нулевым свободным членом ⇔ арифметическая последовательность членов.

  1. Если S_n=An²+Bn, то a_n=S_n−S_{n-1}.
  2. Вычисляем A[n²−(n−1)²]+B=A(2n−1)+B=2An+(B−A), это линейная формула по n.
  3. Следовательно, общая разность равна 2A.
  4. Обратно, для арифметической прогрессии S_n=n[2a_1+(n−1)d]/2.
  5. После раскрытия скобок S_n=(d/2)n²+(a_1−d/2)n, то есть квадратичная формула без свободного члена.

Характеризация через квадратичную частичную сумму доказана. ∎

Решённые примеры

легко Найдите сумму $3+7+11+15+19$.

💡 Подсказка: Это арифметическая прогрессия из 5 членов; используйте формулу через крайние члены.

  1. a_1=3, a_5=19, n=5.
  2. S_5=5(3+19)/2.
  3. =5·22/2=55.

✅ Ответ: $55$

Почему метод работает: Среднее крайних членов равно 11, а членов всего 5.

Альтернативный метод: При таком малом числе членов можно проверить ответ прямым сложением.

⚠️ Даже в маленьком примере полезно распознавать структуру формулы суммы.

легко Дано $a_1=5,d=3,n=10$. Найдите $S_{10}$.

💡 Подсказка: Используйте формулу суммы через общую разность.

  1. S_{10}=10[2·5+9·3]/2.
  2. В скобках: 10+27=37.
  3. S_{10}=5·37=185.

✅ Ответ: $185$

Почему метод работает: Известные a_1,d,n напрямую соответствуют формуле через общую разность.

Альтернативный метод: Можно сначала найти a_{10}=32, затем вычислить 10(5+32)/2.

⚠️ Не забудьте n−1=9: ошибка на единицу меняет ответ.

легко Дано $a_1=40,d=-4,n=8$. Найдите $S_8$.

💡 Подсказка: Для убывающей прогрессии формула суммы не меняется.

  1. a_8=40+7(−4)=12.
  2. S_8=8(40+12)/2.
  3. =4·52=208.

✅ Ответ: $208$

Почему метод работает: Отрицательная d лишь уменьшает последующие члены; сама формула суммы остаётся той же.

Альтернативный метод: Можно сразу использовать 8[80−28]/2.

⚠️ Утверждение, что при d<0 формула суммы не работает, неверно.

легко Вычислите $2+4+6+\cdots+100$.

💡 Подсказка: Это первые 50 чётных чисел.

  1. a_1=2,a_n=100,d=2.
  2. n=1+(100−2)/2=50.
  3. S=50(2+100)/2=25·102=2550.

✅ Ответ: $2550$

Почему метод работает: Сначала определяется число членов, затем применяется формула через крайние члены.

Альтернативный метод: $2(1+2+...+50)=2·1275$.

⚠️ 100 — последний член, а не число членов.

легко Вычислите $1+3+5+\cdots+99$.

💡 Подсказка: Найдите n из равенства 99=2n−1.

  1. 2n−1=99, поэтому n=50.
  2. Сумма первых n нечётных чисел равна n².
  3. S=50²=2500.

✅ Ответ: $2500$

Почему метод работает: Тождество для суммы нечётных чисел является частным случаем формулы арифметической прогрессии.

Альтернативный метод: $50(1+99)/2=2500$.

⚠️ До 99 имеется 50 нечётных положительных чисел, а не 99.

легко Вычислите $1+2+3+\cdots+200$.

💡 Подсказка: Используйте формулу треугольного числа.

  1. S=200·201/2.
  2. 100·201=20100.

✅ Ответ: $20100$

Почему метод работает: Натуральные числа образуют арифметическую прогрессию с a_1=1,d=1.

Альтернативный метод: Метод Гаусса: 100 пар по 201 после удвоения суммы, или стандартная формула.

⚠️ Формула n(n+1)/2 содержит n+1, а не n.

легко Дано $a_1=7,a_{15}=49$. Найдите $S_{15}$.

💡 Подсказка: Формула через крайние члены — самый короткий путь.

  1. S_{15}=15(7+49)/2.
  2. =15·56/2=15·28.
  3. =420.

✅ Ответ: $420$

Почему метод работает: Знать d не требуется, поскольку известны оба крайних члена.

Альтернативный метод: Можно найти d=3 и применить формулу через разность.

⚠️ Не вычисляйте лишний параметр, если формула через крайние члены уже применима.

легко В арифметической прогрессии из 9 членов центральный член равен $a_5=17$. Найдите $S_9$.

💡 Подсказка: При нечётном n используйте S_n=n·a_{(n+1)/2}.

  1. n=9, центральный индекс (9+1)/2=5.
  2. S_9=9a_5.
  3. =9·17=153.

✅ Ответ: $153$

Почему метод работает: Среднее всех членов при нечётном n равно центральному члену.

Альтернативный метод: Если известны крайние члены, обычная формула даст тот же результат.

⚠️ Здесь не нужно находить d или a_1.

легко В арифметической прогрессии из 10 членов $a_5=14$ и $a_6=18$. Найдите $S_{10}$.

💡 Подсказка: Для чётного n используйте формулу через центральную пару.

  1. n/2=5.
  2. S_{10}=5(a_5+a_6).
  3. =5(14+18)=160.

✅ Ответ: $160$

Почему метод работает: Каждая симметричная пара имеет сумму 32, а пар всего 5.

Альтернативный метод: Можно найти d=4 и восстановить крайние члены.

⚠️ Среднее двух центральных членов равно среднему всей прогрессии.

средне В арифметической прогрессии $a_1=4,d=5$. Найдите n, если $S_n=329$.

💡 Подсказка: Составьте квадратное уравнение из формулы S_n.

  1. 329=n[8+5(n−1)]/2.
  2. 658=n(5n+3).
  3. 5n²+3n−658=0.
  4. Дискриминант равен 13169 и не является полным квадратом; уравнение не даёт целого n.
  5. Поскольку n должно быть положительным целым числом, такого n нет.

✅ Ответ: Положительного целого $n$ не существует

Почему метод работает: Частичные суммы принимают только дискретные значения при положительных целых n.

Альтернативный метод: Можно проверить соседние значения: S_11=319, S_12=378.

⚠️ Нельзя округлять действительный корень до ближайшего целого индекса.

средне В арифметической прогрессии $a_1=2,d=3$. Найдите n, если $S_n=155$.

💡 Подсказка: Составьте и разложите квадратное уравнение.

  1. 155=n[4+3(n−1)]/2.
  2. 310=n(3n+1).
  3. 3n²+n−310=0.
  4. (3n+31)(n−10)=0.
  5. Положительный целый корень: n=10.

✅ Ответ: $n=10$

Почему метод работает: Уравнение для частичной суммы даёт точный положительный целый корень.

Альтернативный метод: Проверка: S_10=10(2+29)/2=155.

⚠️ Отрицательный алгебраический корень −31/3 не является допустимым индексом.

средне Дано $S_{12}=300$ и $d=4$. Найдите $a_1$.

💡 Подсказка: Выразите первый член из формулы суммы.

  1. a_1=S_n/n−(n−1)d/2.
  2. =300/12−11·4/2.
  3. =25−22=3.

✅ Ответ: $a_1=3$

Почему метод работает: Среднее значение членов равно 25, что связывает первый и последний члены.

Альтернативный метод: Можно напрямую решить формулу S_n=n[2a_1+(n−1)d]/2 относительно a_1.

⚠️ Значение S_n/n является средним членом прогрессии, а не a_1, если d≠0.

средне Дано $S_{20}=860$ и $a_1=5$. Найдите d.

💡 Подсказка: Выразите общую разность из формулы суммы.

  1. 2S_n/n=2·860/20=86.
  2. 86=2a_1+(n−1)d=10+19d.
  3. 19d=76.
  4. d=4.

✅ Ответ: $d=4$

Почему метод работает: Среднее крайних членов равно S_n/n, поэтому можно восстановить d.

Альтернативный метод: Можно найти a_{20}=2S/n−a_1=81, затем d=(81−5)/19=4.

⚠️ Делить нужно на n−1=19 шагов, а не на n.

средне Дано $S_n=3n^2+2n$. Найдите формулу $a_n$ и d.

💡 Подсказка: Используйте a_n=S_n−S_{n-1}.

  1. S_{n−1}=3(n−1)²+2(n−1).
  2. a_n=3n²+2n−[3(n−1)²+2(n−1)].
  3. =6n−1.
  4. d=6.

✅ Ответ: $a_n=6n-1,\ d=6$

Почему метод работает: Дискретная разность квадратичной частичной суммы является линейной функцией.

Альтернативный метод: При A=3,B=2 сразу получаем a_n=2An+(B−A)=6n−1.

⚠️ Коэффициент при n² в S_n не равен d; общая разность равна 2A.

средне Дано $S_n=2n^2-5n$. Найдите $a_1$ и d.

💡 Подсказка: Используйте коэффициенты квадратичной формулы частичной суммы.

  1. A=2,B=−5.
  2. a_1=A+B=−3.
  3. d=2A=4.
  4. Проверка: a_n=4n−7, поэтому a_1=−3.

✅ Ответ: $a_1=-3,\ d=4$

Почему метод работает: S_1=a_1, а общая разность связана с квадратичным коэффициентом формулой d=2A.

Альтернативный метод: Можно полностью вычислить a_n=S_n−S_{n-1}.

⚠️ Коэффициент B=−5 сам по себе не является первым членом.

средне Дано $S_{15}=420$ и $S_{14}=371$. Найдите $a_{15}$.

💡 Подсказка: Используйте разность двух последовательных частичных сумм.

  1. a_{15}=S_{15}−S_{14}.
  2. =420−371=49.

✅ Ответ: $a_{15}=49$

Почему метод работает: Последний добавленный член равен приросту накопленной суммы.

Альтернативный метод: Если параметры прогрессии известны, можно использовать обычную формулу n-го члена.

⚠️ Использовать отношение S_{15}/S_{14} не нужно.

средне Дано $S_{20}=650$ и $S_{12}=258$. Найдите $a_{13}+a_{14}+\cdots+a_{20}$.

💡 Подсказка: Используйте разность частичных сумм.

  1. Нужный блок идёт от 13-го до 20-го члена.
  2. Его сумма равна S_{20}−S_{12}.
  3. 650−258=392.

✅ Ответ: $392$

Почему метод работает: Вычитание S_{12} удаляет ровно первые 12 членов.

Альтернативный метод: Не нужно находить и складывать восемь членов по отдельности.

⚠️ Если вычесть S_{13}, член a_{13} тоже исчезнет.

средне Дано $a_n=4n+1$. Найдите сумму первых 30 членов.

💡 Подсказка: Найдите a_1 и a_{30} или примените линейность сигмы.

  1. a_1=5.
  2. a_{30}=121.
  3. S_{30}=30(5+121)/2=15·126=1890.

✅ Ответ: $1890$

Почему метод работает: Линейная формула a_n задаёт арифметическую прогрессию, поэтому формула через крайние члены применяется напрямую.

Альтернативный метод: $4·30·31/2+30=1860+30=1890$.

⚠️ Не путайте свободный член 1 в формуле 4n+1 с первым членом: a_1=5.

средне Вычислите $\sum_{k=1}^{40}(3k-2)$.

💡 Подсказка: Можно использовать линейность сигмы или формулу суммы арифметической прогрессии.

  1. a_1=1, a_{40}=118.
  2. S=40(1+118)/2.
  3. =20·119=2380.

✅ Ответ: $2380$

Почему метод работает: Выражение 3k−2 линейно по k, значит слагаемые образуют арифметическую прогрессию.

Альтернативный метод: $3·40·41/2−2·40=2460−80$.

⚠️ Так как нижняя граница равна 1, верхняя граница 40 действительно означает 40 слагаемых.

средне Вычислите $10+13+16+\cdots+100$.

💡 Подсказка: Сначала найдите число членов n.

  1. d=3.
  2. 100=10+(n−1)3.
  3. 90=3(n−1), поэтому n=31.
  4. S=31(10+100)/2=31·55=1705.

✅ Ответ: $1705$

Почему метод работает: После нахождения числа членов сумма сразу вычисляется по крайним значениям.

Альтернативный метод: Формула через d даёт тот же результат.

⚠️ 100 — значение последнего члена, а не число членов.

средне В арифметической прогрессии $a_4=11$ и $a_{10}=35$. Найдите $a_4+a_5+\cdots+a_{10}$.

💡 Подсказка: От 4-го до 10-го члена включительно — 7 членов.

  1. Первый член блока равен 11, последний — 35.
  2. Число членов: 10−4+1=7.
  3. Сумма равна 7(11+35)/2.
  4. =7·23=161.

✅ Ответ: $161$

Почему метод работает: Любой последовательный блок членов арифметической прогрессии сам является арифметической прогрессией.

Альтернативный метод: Можно вычислить как $S_{10}-S_3$.

⚠️ Число членов на включительном диапазоне равно q−p+1.

средне В арифметической прогрессии $a_5+a_{15}=60$. Найдите $a_6+a_7+\cdots+a_{14}$.

💡 Подсказка: Индекс 10 является серединой между 5 и 15; блок 6..14 тоже центрирован в 10.

  1. a_5+a_{15}=2a_{10}=60, поэтому a_{10}=30.
  2. От 6-го до 14-го члена включительно имеется 9 членов.
  3. Центральный член этого блока — a_{10}=30.
  4. Сумма равна 9·30=270.

✅ Ответ: $270$

Почему метод работает: Сумма блока нечётной длины равна числу членов, умноженному на его центральный член.

Альтернативный метод: Также a_6+a_{14}=2a_{10}=60, поэтому 9·60/2=270.

⚠️ 60 — это удвоенный центральный член, а не сам центральный член.

средне В арифметической прогрессии $S_9=180$. Найдите $a_5$.

💡 Подсказка: При нечётном n имеем S_9=9a_5.

  1. a_5=S_9/9.
  2. =180/9=20.

✅ Ответ: $a_5=20$

Почему метод работает: Среднее значение конечной арифметической прогрессии нечётной длины равно центральному члену.

Альтернативный метод: Среднее первого и последнего членов также равно 20.

⚠️ Свойство относится к блоку из 9 членов, где a_5 действительно центральный.

средне В арифметической прогрессии $S_{10}=250$. Найдите $a_5+a_6$.

💡 Подсказка: Используйте S_{10}=5(a_5+a_6).

  1. 250=5(a_5+a_6).
  2. a_5+a_6=50.

✅ Ответ: $50$

Почему метод работает: 10 членов образуют 5 симметричных пар.

Альтернативный метод: Сумма крайних членов a_1+a_{10} тоже равна 50.

⚠️ 250/10=25 — среднее значение; сумма центральной пары равна 50.

средне В арифметической прогрессии $a_1=6$ и $S_{16}=696$. Найдите $a_{16}$.

💡 Подсказка: Выразите a_n из формулы через крайние члены.

  1. 696=16(6+a_{16})/2.
  2. 696=8(6+a_{16}).
  3. 87=6+a_{16}.
  4. a_{16}=81.

✅ Ответ: $81$

Почему метод работает: Среднее значение равно S_n/n=43.5 и одновременно является средним крайних членов.

Альтернативный метод: Можно использовать a_{16}=2S/n−a_1=87−6.

⚠️ Нет необходимости сначала находить d.

средне В арифметической прогрессии $a_{20}=73$ и $S_{20}=800$. Найдите $a_1$.

💡 Подсказка: Выразите a_1 из формулы через крайние члены.

  1. 800=20(a_1+73)/2.
  2. 80=a_1+73.
  3. a_1=7.

✅ Ответ: $7$

Почему метод работает: Сумма крайних членов равна 2S_n/n.

Альтернативный метод: Среднее равно 40; первый член симметричен 73 относительно 40, поэтому равен 7.

⚠️ Значение 800/20=40 является средним, а не первым членом.

сложно В арифметической прогрессии $S_n=4n^2+n$. Найдите $S_{20}-S_{10}$ и объясните его смысл как суммы блока членов.

💡 Подсказка: Подставьте n=20 и n=10 в формулу S_n.

  1. S_{20}=4·400+20=1620.
  2. S_{10}=4·100+10=410.
  3. Разность равна 1210.
  4. Это сумма a_{11}+a_{12}+...+a_{20}.

✅ Ответ: $1210$

Почему метод работает: Разность частичных сумм даёт сумму нужного диапазона индексов.

Альтернативный метод: Можно найти a_n=8n−3 и отдельно просуммировать блок из 10 членов.

⚠️ S_{20}−S_{10} начинается с a_{11}, а не с a_{10}.

сложно Если $S_n=5n^2-2n$, найдите $a_{25}$.

💡 Подсказка: Используйте дискретную разность квадратичной формулы.

  1. A=5,B=−2.
  2. a_n=2An+(B−A)=10n−7.
  3. a_{25}=250−7=243.

✅ Ответ: $243$

Почему метод работает: Дискретная разность квадратичной накопленной функции восстанавливает линейную арифметическую прогрессию.

Альтернативный метод: Можно напрямую вычислить S_{25}−S_{24}.

⚠️ Подстановка n=25 прямо в S_n даёт накопленную сумму, а не a_{25}.

сложно В арифметической прогрессии $a_1=3,d=2$. Для какого n выполняется $S_n=168$?

💡 Подсказка: Получится квадратное уравнение по n.

  1. 168=n[6+2(n−1)]/2.
  2. 168=n(n+2).
  3. n²+2n−168=0.
  4. (n−12)(n+14)=0.
  5. Положительный целый корень: n=12.

✅ Ответ: $n=12$

Почему метод работает: После фильтрации корней остаётся точное положительное целое число членов.

Альтернативный метод: Проверка: S_{12}=12(3+25)/2=168.

⚠️ Корень −14 не может быть индексом последовательности.

сложно В арифметической прогрессии $a_1=8,d=5$. Найдите наименьшее n, для которого $S_n>1000$.

💡 Подсказка: Получится квадратичное неравенство; проверьте соседние целые значения.

  1. S_n=n[16+5(n−1)]/2=n(5n+11)/2.
  2. Нужно n(5n+11)>2000.
  3. При n=18: 18·101=1818<2000.
  4. При n=19: 19·106=2014>2000.
  5. Следовательно, наименьшее n=19.

✅ Ответ: $19$

Почему метод работает: Частичные суммы здесь строго возрастают, поскольку рассматриваемые члены положительны, поэтому порог определяется проверкой соседних целых n.

Альтернативный метод: Можно найти положительный корень квадратного уравнения и затем проверить ближайшие целые значения.

⚠️ Перед выбором целого порога проверьте монотонность и точные соседние значения.

средне В первом ряду театра 20 мест, в каждом следующем на 3 места больше. Найдите общее число мест в 25 рядах.

💡 Подсказка: Число мест по рядам образует арифметическую прогрессию, а требуется её сумма.

  1. a_1=20,d=3,n=25.
  2. a_{25}=20+24·3=92.
  3. S_{25}=25(20+92)/2.
  4. =25·56=1400.

✅ Ответ: $1400$

Почему метод работает: Каждый ряд даёт один член, а общее число мест — частичная сумма.

Альтернативный метод: Можно сразу использовать формулу через d: 25[40+72]/2.

⚠️ Ответ 92 — это только число мест в 25-м ряду, а не общее количество.

средне Спортсмен в первый день выполняет 12 упражнений и каждый день увеличивает их число на 2. Сколько упражнений он выполнит всего за 30 дней?

💡 Подсказка: Количество упражнений по дням образует арифметическую прогрессию.

  1. a_1=12,d=2,n=30.
  2. a_{30}=12+29·2=70.
  3. S_{30}=30(12+70)/2=15·82=1230.

✅ Ответ: $1230$

Почему метод работает: Постоянное абсолютное увеличение на 2 задаёт арифметический ряд.

⚠️ Различайте «в 30-й день» и «за 30 дней всего».

средне В первый день предприятие выпускает 100 единиц продукции, а каждый следующий день на 15 единиц больше. Найдите общий выпуск за 14 дней.

💡 Подсказка: Ежедневный выпуск образует арифметическую прогрессию.

  1. a_1=100,d=15,n=14.
  2. a_{14}=100+13·15=295.
  3. S_{14}=14(100+295)/2.
  4. =7·395=2765.

✅ Ответ: $2765$

Почему метод работает: Ежедневный выпуск — отдельный член, а суммарный выпуск — частичная сумма.

Альтернативный метод: Можно напрямую применить формулу через a_1,d,n.

⚠️ Умножение 14·295 ошибочно предполагает одинаковый выпуск 295 каждый день.

средне Ученик решает 40 задач в первую неделю и каждую следующую неделю на 5 задач больше. Сколько задач он решит всего за 12 недель?

💡 Подсказка: Количество задач по неделям образует арифметическую прогрессию.

  1. a_1=40,d=5,n=12.
  2. a_{12}=95.
  3. S_{12}=12(40+95)/2=6·135=810.

✅ Ответ: $810$

Почему метод работает: Каждую неделю добавляется одинаковое число 5.

⚠️ 95 — число задач на 12-й неделе, а 810 — итог за все 12 недель.

средне В первом ряду декоративной конструкции 4 элемента, в каждом следующем ряду на 2 элемента больше. Сколько элементов нужно всего для 18 рядов?

💡 Подсказка: Используйте сумму арифметической прогрессии по рядам.

  1. a_1=4,d=2,n=18.
  2. a_{18}=38.
  3. S_{18}=18(4+38)/2=9·42=378.

✅ Ответ: $378$

Почему метод работает: Количество элементов по рядам образует арифметическую прогрессию.

⚠️ Умножение 18·38 ошибочно считает все ряды равными максимальному.

сложно План накоплений: в первый месяц 200 тысяч сумов, каждый следующий месяц на 50 тысяч сумов больше. Сколько будет внесено всего за 1 год?

💡 Подсказка: За год имеется 12 членов арифметической прогрессии.

  1. a_1=200,d=50,n=12, единица — тысяча сумов.
  2. a_{12}=200+11·50=750.
  3. S_{12}=12(200+750)/2.
  4. =6·950=5700 тысяч сумов.

✅ Ответ: $5\,700\,000$ сумов

Почему метод работает: Ежемесячные взносы растут линейно, а годовой итог является их арифметической суммой.

⚠️ Не забудьте перевести 5700 тысяч сумов в 5 700 000 сумов.

сложно Предприятие выпускает 500 единиц в первый месяц и каждый месяц на 20 единиц меньше. Найдите общий выпуск за 12 месяцев.

💡 Подсказка: Это убывающая арифметическая прогрессия.

  1. a_1=500,d=−20,n=12.
  2. a_{12}=500−220=280.
  3. S_{12}=12(500+280)/2.
  4. =6·780=4680.

✅ Ответ: $4680$

Почему метод работает: Формула конечной суммы корректно работает и при отрицательной общей разности.

⚠️ В прикладной задаче полезно проверить, что последний член остаётся осмысленным в контексте.

сложно В арифметической прогрессии $a_1=10,d=4$. Найдите сумму членов с 8-го по 20-й включительно.

💡 Подсказка: Используйте крайние члены блока или разность частичных сумм.

  1. a_8=10+7·4=38.
  2. a_{20}=10+19·4=86.
  3. Число членов: 20−8+1=13.
  4. Сумма блока =13(38+86)/2=13·62=806.

✅ Ответ: $806$

Почему метод работает: Последовательный подблок арифметической прогрессии сам является арифметической прогрессией.

Альтернативный метод: Можно вычислить как $S_{20}-S_7$.

⚠️ Нужно вычитать S_7, а не S_8; иначе 8-й член потеряется.

сложно Вычислите $\sum_{k=7}^{25}(2k+3)$.

💡 Подсказка: Нижняя граница равна 7, поэтому слагаемых 19.

  1. Первое слагаемое при k=7 равно 17.
  2. Последнее слагаемое при k=25 равно 53.
  3. Число слагаемых: 25−7+1=19.
  4. Сумма =19(17+53)/2=19·35=665.

✅ Ответ: $665$

Почему метод работает: Линейное выражение 2k+3 при последовательных k образует арифметическую прогрессию.

Альтернативный метод: Можно взять разность частичных сумм для последовательности 2k+3: S_{25}−S_6.

⚠️ Число слагаемых равно 25−7+1=19, а не 18.

сложно В арифметической прогрессии $S_5=45$ и $S_{10}=165$. Найдите $S_{15}$.

💡 Подсказка: Восстановите a_1,d либо коэффициенты квадратичной формулы S_n.

  1. S_5=5[2a_1+4d]/2, поэтому 2a_1+4d=18 и a_1+2d=9.
  2. S_{10}=5[2a_1+9d]=165, поэтому 2a_1+9d=33.
  3. Удваиваем первое равенство: 2a_1+4d=18.
  4. Вычитаем: 5d=15, значит d=3.
  5. Тогда a_1+6=9, значит a_1=3.
  6. S_{15}=15[6+14·3]/2=15·48/2=360.

✅ Ответ: $360$

Почему метод работает: Две частичные суммы дают две независимые связи для восстановления параметров арифметической прогрессии.

Альтернативный метод: Можно считать S_n=An²+Bn и определить A,B по значениям S_5,S_{10}.

⚠️ В общем случае S_{15}≠S_{10}+S_5: следующий блок из пяти членов не равен первым пяти.

сложно В арифметической прогрессии $S_n=n^2+4n$. Найдите $a_{30}+a_{31}$.

💡 Подсказка: Сначала восстановите a_n дискретной разностью.

  1. A=1,B=4, поэтому a_n=2n+(4−1)=2n+3.
  2. a_{30}=63.
  3. a_{31}=65.
  4. Сумма равна 128.

✅ Ответ: $128$

Почему метод работает: Квадратичная частичная сумма имеет линейную дискретную разность.

Альтернативный метод: Можно использовать $a_{30}+a_{31}=S_{31}-S_{29}$.

⚠️ Не складывайте S_{30} и S_{31}; это накопленные суммы, а не отдельные члены.

сложно Сумма первых 21 членов арифметической прогрессии равна 1050. Найдите $a_{11}$.

💡 Подсказка: 21 — нечётное число; среднее равно центральному члену.

  1. S_{21}=21a_{11}.
  2. a_{11}=1050/21=50.

✅ Ответ: $50$

Почему метод работает: Для нечётного числа членов сумма равна числу членов, умноженному на центральный член.

Альтернативный метод: Из формулы через крайние члены также следует a_1+a_{21}=100.

⚠️ Даже без знания d и крайних членов центральный член определяется однозначно.

сложно Сумма первых 20 членов арифметической прогрессии равна 760. Найдите $a_{10}+a_{11}$.

💡 Подсказка: Используйте формулу через центральную пару для чётного n.

  1. S_{20}=10(a_{10}+a_{11}).
  2. 760=10(a_{10}+a_{11}).
  3. a_{10}+a_{11}=76.

✅ Ответ: $76$

Почему метод работает: 20 членов образуют 10 симметричных пар.

⚠️ 760/20=38 — среднее значение одного члена, а сумма центральной пары равна 76.

сложно В арифметической прогрессии $a_3+a_8=42$. Найдите сумму первых 10 членов.

💡 Подсказка: Сумма индексов 3+8 равна 1+10.

  1. 3+8=11=1+10.
  2. По инварианту симметричных пар a_1+a_{10}=a_3+a_8=42.
  3. S_{10}=10·42/2=210.

✅ Ответ: $210$

Почему метод работает: Пары с одинаковой суммой индексов имеют одинаковую сумму значений.

Альтернативный метод: То же можно понимать через симметрию относительно полуцелого центра 5.5.

⚠️ Не нужно отдельно определять a_3 и a_8.

сложно В арифметической прогрессии $S_{12}=216$ и $a_1=4$. Найдите $S_6$.

💡 Подсказка: Сначала найдите d по S_{12}, затем вычислите S_6.

  1. 216=12[8+11d]/2=6(8+11d).
  2. 36=8+11d, значит 11d=28 и d=28/11.
  3. S_6=6[8+5·28/11]/2.
  4. =3(88/11+140/11)=3·228/11=684/11.

✅ Ответ: $\frac{684}{11}$

Почему метод работает: Частичные суммы могут быть дробными; арифметическая прогрессия допускает рациональную общую разность.

Альтернативный метод: Можно сначала найти a_{12}=2S_{12}/12−a_1=36−4=32, затем d=(32−4)/11.

⚠️ S_6 не равно половине S_{12}, потому что во второй половине члены больше.

Типичные ошибки

❌ Считать a_n и S_n одной и той же величиной

a_n — один член, а S_n — сумма первых n членов.

✅ Сначала определите, спрашивается n-й член или сумма первых n членов.

Из a_10=32 вовсе не следует S_10=32.

❌ Использовать формулу S_n=a_1+nd

Это не формула суммы, а также содержит ошибку на один шаг в формуле отдельного члена.

✅ Используйте S_n=n(a_1+a_n)/2 или S_n=n[2a_1+(n−1)d]/2.

Например, при a_1=2,d=3,n=10 нужна формула суммы, а не a_1+nd.

❌ Путать число членов с числовым значением последнего члена

n — индекс и количество членов, а a_n — значение.

✅ Сначала найдите n из формулы общего члена, если число членов не дано явно.

В сумме 2+4+...+100 число членов равно 50, а не 100.

❌ Забывать делить формулу через крайние члены на 2

Выражение n(a_1+a_n) равно удвоенной сумме.

✅ Используйте S_n=n(a_1+a_n)/2.

1+...+100=5050, а не 10100.

❌ Использовать nd вместо (n−1)d

От первого члена до n-го имеется n−1 шагов.

✅ В формулах общего члена и суммы используйте n−1.

$a_{10}=a_1+9d$.

❌ Считать, что формула суммы не работает для убывающей арифметической прогрессии

Формула не зависит от знака d.

✅ Подставляйте отрицательное d без изменения формулы.

Сумма 40,36,...,12 корректно вычисляется обычной формулой.

❌ Использовать S_q−S_p для суммы от p-го до q-го члена

S_p уже содержит a_p, поэтому этот член тоже будет вычтен.

✅ Используйте a_p+...+a_q=S_q−S_{p-1}.

$a_5+...+a_{12}=S_{12}-S_4$.

❌ Считать S_n−S_{n-2}=a_n

При разности двух индексов остаются два члена: a_{n-1}+a_n.

✅ Для одного члена используйте a_n=S_n−S_{n-1}.

$S_8-S_6=a_7+a_8$.

❌ Принимать квадратичную S_n за формулу a_n

S_n — накопленная сумма, а не отдельный член.

✅ Восстановите член по формуле a_n=S_n−S_{n-1}.

$S_n=3n^2+2n$ даёт $a_n=6n-1$.

❌ В формуле S_n=An²+Bn считать d=A

Первая разность квадратичной функции имеет наклон 2A.

✅ Используйте d=2A.

Если A=3, то d=6.

❌ Округлять действительный корень при поиске неизвестного n

n — дискретный положительный целый индекс.

✅ Из корней квадратного уравнения принимайте только положительный целый корень.

Если получается n≈10.4, нельзя просто выбрать 10 или 11.

❌ Применять формулу центрального члена для нечётного n к чётному n

При чётном n единственного центрального члена нет.

✅ При чётном n используйте S_n=(n/2)(a_{n/2}+a_{n/2+1}).

$S_{10}=5(a_5+a_6)$.

❌ При чётном n принимать сумму центральной пары за весь итог

Сумма центральной пары — это сумма одной симметричной пары, а не всей прогрессии.

✅ Умножьте сумму центральной пары на n/2.

Если a_5+a_6=32, то S_10=160.

❌ Считать число членов в сигма-сумме как upper−lower без +1

При включительных границах число индексов равно q−p+1.

✅ Используйте число членов q−p+1.

Для k=7,...,25 имеется 19 членов.

❌ В прикладной задаче со словом «всего» находить только значение последнего шага

a_n описывает последний период, а S_n — общий накопленный итог.

✅ После нахождения последнего члена переходите к формуле общей суммы.

Если на 30-й день 70 упражнений, это ещё не общий итог за 30 дней.

❌ Моделировать постоянный процентный рост арифметическим рядом

Постоянный процент означает мультипликативное изменение и относится к геометрической прогрессии.

✅ Арифметическая модель применяется только при постоянном абсолютном приросте.

Каждый месяц +50 тысяч → арифметическая модель; каждый месяц +5% → геометрическая.

❌ В случае d=0 использовать формулу для неизвестной d с делением на ноль

Некоторые преобразованные формулы содержат d или n−1 в знаменателе; особые случаи нужно обрабатывать отдельно.

✅ Проверяйте особый случай d=0 отдельно; тогда S_n=na_1.

Для постоянной прогрессии S_n=na_1.

❌ Складывать частичные суммы по индексам как S_{p+q}=S_p+S_q

Частичная сумма обычно квадратична по n, поэтому линейность по индексу отсутствует.

✅ Нужный блок находите через разность частичных сумм.

В общем случае S_15≠S_10+S_5.

❌ При попарном сложении объединять произвольные члены

Одинаковая сумма гарантирована только для пар с одинаковой суммой индексов.

✅ Объединяйте симметричные пары, у которых сумма индексов постоянна.

$a_1+a_n=a_2+a_{n-1}$.

❌ Терять единицы измерения

Прикладной итог должен сохранять исходную физическую или денежную единицу.

✅ Сохраняйте единицу измерения на каждом шаге вычислений и в ответе.

5700 тысяч сумов = 5 700 000 сумов.

Заблуждения

Формула суммы арифметической прогрессии работает только для положительных членов.

Формула даёт корректную алгебраическую сумму и для отрицательных, и для смешанных по знаку членов.

S_n и a_n отличаются только обозначением и имеют одинаковое значение.

S_n — накопленный итог, a_n — отдельный член; только при n=1 выполняется S_1=a_1.

Для применения формулы суммы обязательно нужно знать d.

Если известны a_1,a_n,n, формула S_n=n(a_1+a_n)/2 не требует d.

Для применения формулы суммы обязательно сначала нужно найти a_n.

Если известны a_1,d,n, формула S_n=n[2a_1+(n−1)d]/2 работает напрямую.

При нечётном n центральный член нужно дополнительно прибавить к формуле S_n=n·a_{(n+1)/2}.

Формула уже полностью учитывает центральный член; дополнительно добавлять его нельзя.

Последовательность частичных сумм тоже является арифметической прогрессией.

При d≠0 частичная сумма S_n квадратична, а её последовательные разности равны изменяющимся a_n.

Символ сигмы обозначает новую операцию, отличную от обычного сложения.

Сигма — лишь компактная запись индексированной суммы обычных слагаемых.

Сумма первых n нечётных чисел равна n(n+1)/2.

n(n+1)/2 — сумма 1+2+...+n; сумма первых n нечётных чисел равна n².

Если S_n квадратична, то и исходная последовательность a_n квадратична.

a_n=S_n−S_{n-1}; разность квадратичной функции является линейной, поэтому получается арифметическая прогрессия.

Для бесконечной арифметической прогрессии можно получить конечную сумму той же формулой.

Эти формулы относятся к конечному n. При d≠0 бесконечный арифметический ряд обычно не сходится.

Практическое применение

Театр и стадион

Если число мест в каждом следующем ряду увеличивается на одну и ту же величину, общее число мест находится как сумма арифметической прогрессии.

Производство

Если ежедневный объём производства увеличивается или уменьшается на постоянное абсолютное число единиц, общий выпуск за период вычисляется через S_n.

Учебный и тренировочный план

Если число задач или повторений каждую неделю увеличивается на одну и ту же величину, общая нагрузка является суммой арифметической прогрессии.

План накоплений

Если ежемесячный взнос каждый месяц увеличивается на одну и ту же абсолютную сумму, общий объём внесённых средств является арифметическим рядом.

Строительство и дизайн

Если длина или количество ступеней, рядов и параллельных элементов изменяется с постоянным шагом, общий расход материала сводится к формуле суммы арифметической прогрессии.

Программирование

Если объём работы на каждой итерации цикла растёт линейно, общее число операций можно оценить формулой арифметического ряда.

Анализ данных

Накопленный итог дискретного линейного тренда описывается квадратичной моделью частичной суммы.

Алгоритмическая оптимизация

Затраты циклов вида 1+2+...+n или pk+q можно вычислять в замкнутой форме за O(1), не выполняя суммирование поэлементно.

Сумма арифметической прогрессии: попарное сложение и накопительный алгоритм

Сумма АП — симметрия → среднее → итогa₁, a₂, … , aₙ₋₁, aₙa₁+aₙ = a₂+aₙ₋₁ = …Sₙ = n(a₁+aₙ)/2ИЗВЕСТНЫ КРАЙНИЕ ЧЛЕНЫa₁, aₙ, n→ формула через краясреднее=(a₁+aₙ)/2ИЗВЕСТНА РАЗНОСТЬa₁, d, n→ 2a₁+(n−1)d→ SₙЧАСТИЧНЫЕ СУММЫaₙ=Sₙ−Sₙ₋₁p..q = S_q−S_{p−1}квадратичная S → линейная aИТОГОВАЯ ПРОВЕРКАaₙ ≠ Sₙ • число членов с обеими границами • n∈N • единицы • верная граница частичной суммы

В задачах на арифметический ряд сначала определите тип известных данных: крайние члены, общая разность или частичные суммы. В конце проверьте обозначения a_n и S_n, включительные границы индексов и единицы измерения.

Итоги

Краткая памятка: S_n=a_1+...+a_n. Основные формулы: S_n=n(a_1+a_n)/2 и S_n=n[2a_1+(n-1)d]/2. Среднее значение членов арифметической прогрессии равно (a_1+a_n)/2. Для частичных сумм a_n=S_n-S_{n-1}. Сумма от a_p до a_q равна S_q-S_{p-1}. Если n нечётно, S_n=n·a_{(n+1)/2}. Всегда различайте a_n и S_n и проверяйте, что n — положительное целое число.

В следующей теме «Геометрическая прогрессия» вместо постоянной разности появляется постоянное отношение. В отличие от попарного сложения для арифметической прогрессии, сумма геометрической прогрессии выводится методом умножения и вычитания.

Связанные темы

Сначала нужно знать: Арифметическая прогрессия, Линейные уравнения

Связанные темы: Функция, Степень и её свойства, степенные выражения

Следующие темы: Геометрическая прогрессия, Текстовые задачи

Источники

Зарегистрируйтесь и начните тренировку