Bài 1 · 2.1★Trang 33— Viết các số hạng đầu của dãy cho bởi công thức tổng quát và bởi hệ thức truy hồi
Viết năm số hạng đầu tiên của mỗi dãy số (un) sau: a) un=(−1)n−12n−1n; b) u1=1, un=n−un−1(n≥2).
Kiến thức cần nhớ
Dãy cho bởi công thức của số hạng tổng quát: thay trực tiếp giá trị của n vào để được số hạng cần tìm.
Dãy cho bởi hệ thức truy hồi: phải biết số hạng trước mới tính được số hạng sau, nên luôn tính lần lượt kể từ số hạng đầu.
(−1)n−1=1 khi n lẻ và (−1)n−1=−1 khi n chẵn.
Tách phần nguyên: 2n−1n=21+2(2n−1)1.
🧠 Phân tích tư duy
Ý a cho hẳn công thức của số hạng tổng quát nên chỉ việc thay n lần lượt bằng 1 đến 5, còn ý b cho hệ thức truy hồi nên muốn có un phải biết un−1 trước, tức là buộc phải đi tuần tự từ số hạng đầu. Dấu hiệu phân biệt hai kiểu cho dãy số nằm ở chỗ công thức có chứa số hạng liền trước hay không. Bẫy của ý a là thừa số (−1)n−1 đổi dấu luân phiên nhưng bắt đầu từ dấu cộng, rất dễ lệch một nhịp thành dấu trừ ngay ở u1.
1Cách 1. Thay trực tiếp giá trị của n vào công thức, ý b tính truy hồi tuần tự
Định hướng. Ý a thay số vào công thức tổng quát, ý b dùng hệ thức truy hồi để bước từ u1 lên dần tới u5.
a) u1=(−1)0⋅2⋅1−11=11=1
u2=(−1)1⋅2⋅2−12=−32
u3=(−1)2⋅2⋅3−13=53
u4=(−1)3⋅2⋅4−14=−74
u5=(−1)4⋅2⋅5−15=95
b) u1=1
u2=2−u1=2−1=1
u3=3−u2=3−1=2
u4=4−u3=4−2=2
u5=5−u4=5−2=3
Vậy năm số hạng đầu của ý a là 1; −32; 53; −74; 95 và của ý b là 1; 1; 2; 2; 3.
2Cách 2. Tách dấu khỏi độ lớn ở ý a, trừ hai hệ thức liền nhau ở ý b
Định hướng. Ý a viết mỗi số hạng thành dấu luân phiên nhân với độ lớn đã tách phần nguyên; ý b trừ hai hệ thức liên tiếp để nhảy hai bậc một lần.
a) 2n−1n=21⋅2n−12n=21⋅2n−1(2n−1)+1=21+2(2n−1)1
Vậy kết quả trùng với Cách 1, và phép tách còn cho thấy ∣un∣ giảm dần về 21.
3Cách 3. Đổi vai trò hai kiểu cho dãy: lập hệ thức truy hồi cho ý a, tìm công thức tổng quát cho ý b
Định hướng. Ý a chuyển công thức tổng quát thành quy tắc nhân để sinh số hạng sau từ số hạng trước; ý b đoán rồi kiểm chứng công thức đóng, nhờ đó tính được cả số hạng ở xa.
a) unun+1=(−1)n−12n−1n(−1)n2n+1n+1=−n(2n+1)(n+1)(2n−1)
u1=1
u2=u1⋅(−1⋅32⋅1)=−32
u3=u2⋅(−2⋅53⋅3)=−32⋅(−109)=53
u4=u3⋅(−3⋅74⋅5)=53⋅(−2120)=−74
u5=u4⋅(−4⋅95⋅7)=−74⋅(−3635)=95
b) từ 1; 1; 2; 2; 3 đoán un=42n+1−(−1)n
un+un−1=42n+1−(−1)n+42n−1−(−1)n−1
=44n−(−1)n−(−1)n−1=44n=n
u1=42+1+1=1 và u5=410+1+1=3
Vậy công thức đóng un=42n+1−(−1)n thoả hệ thức truy hồi và cho đúng năm số hạng 1; 1; 2; 2; 3.
⭐ Cách nên dùng khi đi thi.Đi thi dùng Cách 1: đề chỉ hỏi năm số hạng đầu nên thay số là nhanh nhất và không cần thêm kĩ thuật nào; Cách 3 chỉ đáng dùng khi đề hỏi số hạng ở vị trí xa như u100, lúc đó tính tuần tự sẽ quá dài.
Sai lầm thường gặp.Hay nhầm (−1)n−1 thành (−1)n nên viết u1=−1, trong khi (−1)1−1=(−1)0=1, thế là cả năm số hạng bị đổi dấu hết. Ở ý b hay thay luôn n=1 vào un=n−un−1 để được u1=1−u0, nhưng hệ thức chỉ đúng khi n≥2 và dãy không có số hạng u0.
🚀 Mở rộng.Tổng quát, dãy cho bởi u1=a và un=n−un−1 có công thức đóng un=42n+1−(−1)n+(1−a)(−1)n; thay a=1 ra đúng kết quả trên, còn a=2 cho dãy 2; 0; 3; 1; 4.
Bài 2 · 2.2★★Trang 33— Xét tính tăng, giảm của dãy số
Xét tính tăng, giảm của mỗi dãy số sau: a) un=n2+n+1; b) un=n+22n+5; c) un=n2+1(−1)n−1.
Kiến thức cần nhớ
Dãy (un) tăng khi un+1>un với mọi n∈N∗, giảm khi un+1<un với mọi n∈N∗.
Với dãy gồm toàn số dương, có thể so sánh tỉ số unun+1 với 1 thay cho việc xét dấu của hiệu.
Tổng của hai dãy tăng là dãy tăng; nếu (an) tăng và dương thì (an1) giảm.
Tách phần nguyên: n+22n+5=2+n+21.
Chỉ cần một cặp số hạng liên tiếp giảm và một cặp khác tăng là dãy không tăng cũng không giảm.
🧠 Phân tích tư duy
Cả ba ý đều cho công thức tổng quát nên dấu hiệu là lập hiệu un+1−un rồi xét dấu của hiệu đó trên toàn bộ n≥1. Ý a là đa thức nên hiệu thu gọn rất gọn, ý b là phân thức nên tách phần nguyên trước sẽ đỡ quy đồng, riêng ý c có thừa số (−1)n−1 nên phải nghĩ ngay tới khả năng dãy đan dấu và không đơn điệu. Bẫy là chỉ thử vài số hạng đầu rồi kết luận, vì tính tăng giảm đòi hỏi bất đẳng thức đúng với mọi n.
1Cách 1. Xét dấu của hiệu hai số hạng liên tiếp theo đúng định nghĩa
Định hướng. Lập hiệu un+1−un rồi thu gọn tới khi nhìn thấy dấu; ý c chỉ cần hai cặp số hạng liên tiếp trái chiều nhau là đủ kết luận.
Vậy dãy ở ý a tăng, dãy ở ý b giảm, còn dãy ở ý c không tăng cũng không giảm.
2Cách 2. So sánh tỉ số hai số hạng liên tiếp với 1
Định hướng. Hai dãy đầu chỉ gồm số dương nên so unun+1 với 1 là ra kết luận; ở ý c tỉ số âm, đó chính là bằng chứng hai số hạng liên tiếp trái dấu.
a) un=n2+n+1>0 với mọi n≥1
unun+1=n2+n+1n2+3n+3
(n2+3n+3)−(n2+n+1)=2n+2>0
unun+1>1 với mọi n≥1
b) un=n+22n+5>0 với mọi n≥1
unun+1=n+32n+7⋅2n+5n+2=2n2+11n+152n2+11n+14
2n2+11n+152n2+11n+14<1 với mọi n≥1
c) unun+1=(n+1)2+1(−1)n⋅(−1)n−1n2+1=−n2+2n+2n2+1
−n2+2n+2n2+1<0 với mọi n≥1
Vậy tỉ số lớn hơn 1 nên dãy ý a tăng, tỉ số nhỏ hơn 1 trên dãy dương nên dãy ý b giảm, còn tỉ số âm nên hai số hạng liên tiếp của dãy ý c luôn trái dấu, dãy đó không đơn điệu.
3Cách 3. Dùng tính đơn điệu của các dãy thành phần, ý c tách theo chỉ số chẵn lẻ
Định hướng. Không tính hiệu mà lắp ghép từ những dãy đã biết chiều biến thiên: tổng hai dãy tăng thì tăng, nghịch đảo của dãy dương tăng thì giảm.
a) (n2) tăng và (n) tăng trên n≥1
un=n2+n+1 là tổng của hai dãy tăng với một hằng số
b) (n+2) tăng và n+2>0 với mọi n≥1
(n+21) giảm
un=2+n+21 là hằng số cộng với một dãy giảm
c) n=2k−1 lẻ: u2k−1=(2k−1)2+11>0
n=2k chẵn: u2k=−4k2+11<0
dãy có vô hạn số hạng dương và vô hạn số hạng âm xen kẽ nhau
Vậy dãy ý a tăng, dãy ý b giảm, dãy ý c đan dấu nên không tăng cũng không giảm; riêng hai dãy con của ý c thì (u2k−1) giảm và (u2k) tăng.
⭐ Cách nên dùng khi đi thi.Đi thi dùng Cách 1: xét dấu của hiệu un+1−un là cách duy nhất dùng được cho cả dãy dương, dãy âm lẫn dãy đan dấu mà không phải kiểm tra thêm điều kiện gì; Cách 2 nhanh hơn nhưng chỉ hợp lệ khi đã chắc dãy không đổi dấu.
Đáp số.a) Dãy tăng. b) Dãy giảm. c) Dãy không tăng, không giảm.
Sai lầm thường gặp.Ý b hay bị kết luận tăng do chỉ nhìn tử 2n+5 tăng mà quên mẫu n+2 cũng tăng; thử số thật thì u1=37≈2,333 còn u2=49=2,25 nên dãy giảm. Ý c hay bị kết luận giảm vì thấy n2+1 tăng nên nghĩ phân số nhỏ dần, nhưng u2=−51 lại nhỏ hơn u3=101.
🚀 Mở rộng.Tổng quát, dãy un=cn+dan+b với c=0 và cn+d=0 luôn đơn điệu ngặt vì un+1−un=(cn+d)(cn+c+d)ad−bc, tăng hay giảm chỉ tuỳ dấu của ad−bc; ở ý b thì ad−bc=2⋅2−5⋅1=−1<0 nên dãy giảm.
Bài 4 · 2.4★★★Trang 34— Tính xấp xỉ căn bậc hai bằng dãy truy hồi và đánh giá sai số tuyệt đối
Để tính xấp xỉ giá trị p, người ta có thể dùng dãy số cho bởi hệ thức truy hồi u1=k, un=21(un−1+un−1p) với n≥2, ở đó k là một giá trị dự đoán ban đầu của p. Sử dụng hệ thức truy hồi này, hãy tính xấp xỉ các giá trị sau bằng cách tính u5 và tính sai số tuyệt đối khi so với giá trị tính bằng máy tính cầm tay (làm tròn kết quả đến chữ số thập phân thứ năm). a) 5 (lấy k=3); b) 8 (lấy k=3).
Kiến thức cần nhớ
Phép lặp un=21(un−1+un−1p) xuất phát từ u1>0 luôn cho dãy giảm hội tụ về p.
Sai số tuyệt đối của giá trị gần đúng u so với giá trị đúng a là ∣u−a∣.
Công thức truyền sai số: nếu en=un−p thì en+1=2unen2, nên sai số gần như bình phương lại sau mỗi bước.
Bài 5 · 2.5★★★Trang 34— Số tam giác: viết số hạng, tìm công thức tổng quát và chứng minh hệ thức
Cho dãy số (un) xác định bằng hệ thức truy hồi u1=1, un+1=un+(n+1). a) Mỗi số hạng của dãy số này gọi là một số tam giác. Viết bảy số tam giác đầu. b) Biết rằng 1+2+⋯+n=2n(n+1). Hãy chứng tỏ công thức của số hạng tổng quát là un+1=2(n+1)(n+2). c) Chứng minh rằng un+1+un=(n+1)2, tức là tổng của hai số tam giác liên tiếp là một số chính phương.
Kiến thức cần nhớ
Cộng dồn hệ thức truy hồi: un+1=u1+(u2−u1)+⋯+(un+1−un).
1+2+⋯+n=2n(n+1).
Số tam giác thứ m là um=2m(m+1), đếm số chấm xếp thành tam giác có m hàng, hàng thứ i có i chấm.
Hai số tam giác liên tiếp ghép lại vừa khít một hình vuông: un+1+un=(n+1)2.
Bài 6 · 2.6★★Trang 34— Dãy số mô hình giảm giá theo tỉ lệ phần trăm không đổi
Giá của một chiếc máy photocopy lúc mới mua là 50 triệu đồng. Biết rằng giá trị của nó sau mỗi năm sử dụng chỉ còn 75% giá trị trong năm liền trước đó. Tính giá trị còn lại của chiếc máy photocopy đó sau mỗi năm, trong khoảng thời gian 5 năm kể từ khi mua.
Kiến thức cần nhớ
Còn 75% giá trị năm trước nghĩa là nhân với 0,75=43, không phải trừ đi một lượng không đổi.
Dãy cho bởi A0=a và An=q⋅An−1 có công thức tổng quát An=a⋅qn.
(43)n=4n3n nên tính bằng phân số cho kết quả đúng tuyệt đối, không có sai số làm tròn.
Bài 7 · 2.7★Trang 34— Tính số hạng của dãy số mô hình lạm phát
Nếu tỉ lệ lạm phát là 3,5% mỗi năm và giá trung bình của một căn hộ chung cư mới tại thời điểm hiện tại là 2,5 tỉ đồng thì giá trung bình của một căn hộ chung cư mới sau n năm nữa được cho bởi công thức An=2,5⋅(1,035)n (tỉ đồng). Tìm giá trung bình của một căn hộ chung cư mới sau 5 năm nữa.
Kiến thức cần nhớ
Tăng r phần trăm mỗi năm nghĩa là mỗi năm nhân với 1+100r.
An=A0⋅qn với A0=2,5 và q=1,035.
(1,035)5=[(1,035)2]2⋅1,035 nên chỉ cần ba phép nhân.
Bài 8 · 2.8★★Trang 34— Dãy số lãi kép theo kì hạn quý
Bác An gửi tiết kiệm 200 triệu đồng kì hạn 3 tháng, với lãi suất 3% một năm. Số tiền (triệu đồng) cả vốn lẫn lãi mà bác An nhận được sau n quý (mỗi quý là 3 tháng) sẽ là An=200(1+40,03)n với n=0; 1; 2; … a) Viết ba số hạng đầu của dãy số. b) Tìm số tiền bác An nhận được sau 2 năm.
Kiến thức cần nhớ
Lãi kép kì hạn quý: lãi suất mỗi quý bằng lãi suất năm chia cho 4.
An=A0(1+i)n với A0=200 và i=40,03=0,0075.
Hai năm gồm 2⋅4=8 quý nên số tiền sau hai năm là A8.
Bài 9 · 2.9★★Trang 35— Dãy số mô hình phân đôi của vi khuẩn
Vi khuẩn E. Coli sinh sản thông qua một quá trình gọi là quá trình phân đôi. Vi khuẩn E. Coli phân chia làm đôi cứ sau 20 phút. Giả sử tốc độ phân chia này được duy trì trong 12 giờ kể từ khi vi khuẩn ban đầu xâm nhập vào cơ thể. Hỏi sau 12 giờ sẽ có bao nhiêu vi khuẩn E. Coli trong cơ thể? Giả sử có một nguồn dinh dưỡng vô hạn để vi khuẩn E. Coli duy trì tốc độ phân chia như cũ trong 48 giờ kể từ khi vi khuẩn ban đầu xâm nhập vào cơ thể. Hỏi sau 48 giờ sẽ có bao nhiêu vi khuẩn E. Coli trong cơ thể?
Kiến thức cần nhớ
Mỗi lần phân đôi số vi khuẩn được nhân với 2, nên sau n lần phân chia có un=u0⋅2n vi khuẩn.
20 phút bằng một phần ba giờ nên mỗi giờ có 3 lần phân chia, sau t giờ có 3t lần.
236=68719476736 và mỗi giờ số vi khuẩn được nhân với 23=8.
Muốn biết một số khổng lồ lớn cỡ nào thì dùng lôgarit: log(2144)=144log2, và số chữ số bằng phần nguyên của kết quả cộng 1.
Bài 10 · 2.10★★★Trang 35— Hệ thức truy hồi dạng un+1=aun+b và số hạng tổng quát
Một công ty dược phẩm đang thử nghiệm một loại thuốc mới. Một thí nghiệm bắt đầu với 1,0⋅109 vi khuẩn. Một liều thuốc được sử dụng sau mỗi bốn giờ có thể tiêu diệt 4,0⋅108 vi khuẩn. Giữa các liều thuốc, số lượng vi khuẩn tăng lên 25%. a) Viết hệ thức truy hồi cho số lượng vi khuẩn sống trước mỗi lần sử dụng thuốc. b) Tìm số vi khuẩn còn sống trước lần sử dụng thuốc thứ năm.
Kiến thức cần nhớ
Tăng 25% nghĩa là cộng thêm 0,25 lần chính nó; tiêu diệt một lượng cố định nghĩa là trừ đi một số không đổi.
Hệ thức un+1=aun+b với a=1 đưa được về cấp số nhân bằng phép đặt vn=un−L, trong đó L là nghiệm của L=aL+b.