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高校2年生 (16-17歳)

数I 等差数列 わかりやすく

Arithmetic Sequence

等差数列は、前の項にいつも同じ数を加えてつくる数の並びです。 2, 5, 8, 11は3ずつ増えるので公差は3で、第n項は初項に公差を(n − 1)回加えた値なので、何番目の項でもすぐに求められます。 和は、初項と末項、2番目の項と後ろから2番目の項というように組にすると、どの組も和が等しくなることから導かれます。 初項と公差を変えると、1つ目の図の階段の高さと2つ目の図の長方形の大きさがいっしょに変わります。

等差数列:同じ高さで上る階段

2
3
5
💡 となり合う2項の差はいつも同じ
①後ろの項から前の項を引くと、いつも公差 d になる
②だから棒の上端を結ぶと1本の直線上に並ぶ
③d > 0 なら増え、d < 0 なら減り、d = 0 ならすべての項が等しい

一般項:公差を何回加えたか

等差数列の一般項
an = a₁ + (n-1)d
第n項 = 初項 + (n − 1) × 公差
📐 一般項の読み方
①a₁ から出発して d を(n − 1)回加える
②点 (n, aₙ) は傾き d の直線 y = dx + (a₁ − d) 上にある
③だから等差数列は、自然数でだけ値をとる1次関数と見ることができる

和:逆向きに重ねて長方形をつくる

等差数列の和
Sn = n(a₁ + an)2
(初項 + 末項) × 項数 ÷ 2
公差で表した和
Sn = n2(2a₁ + (n-1)d)
末項 aₙ がわからないときは、初項と公差だけで計算する
💡 ガウスの組み合わせ
①1 + 2 + … + 100 で、1と100、2と99を組にすると、どの組も和が101になる
②組は50個なので、和は 101 × 50 = 5050 である
③数列を逆向きにもう一度書いて列ごとに足すと、n列すべてが a₁ + aₙ になり、もとの和はその半分である

等差中項

等差中項
b = a + c2
a, b, c がこの順に等差数列なら、b は a と c の平均である
📐 等差中項の使い方
①3つの数 a, b, c がこの順に等差数列 ⟺ 2b = a + c
②まん中の項は両どなりの2項の平均である
③等差数列から等間隔にとり出した項も、また等差数列になる
④和 Sₙ がわかれば、n ≥ 2 のとき aₙ = Sₙ − Sₙ₋₁ で一般項がもとにもどる

まとめ

等差数列の基本公式
an = a₁ + (n-1)d, Sn = n(a₁ + an)2
一般項と和を並べて
🎯 試験ポイント
①一般項 aₙ = a₁ + (n − 1)d
②和 Sₙ = n(a₁ + aₙ)/2 = n{2a₁ + (n − 1)d}/2
③等差中項 2b = a + c
④d ≠ 0 なら Sₙ は定数項のない n の2次式である
⑤aₙ = Sₙ − Sₙ₋₁ (n ≥ 2)、a₁ = S₁

例題と過去問

例題 1
初項が3、公差が2の等差数列の第10項を求めよ。
1
一般項 aₙ = a₁ + (n − 1)d に n = 10 を代入する。
a10 = 3 + (10 − 1) × 2
2
第1項から第10項までに2を9回加えるので、18だけ増える。
= 3 + 18 = 21
▸ a₁₀ = 21
第10項までに公差を加える回数は10回ではなく9回である。初項ははじめから列の先頭に立っているからだ。
例題 2
初項が2、公差が3の等差数列で、初項から第10項までの和を求めよ。
1
和の公式には末項が入るので、まず第10項を求める。
a10 = 2 + (10 − 1) × 3 = 29
2
初項と末項の和31に項数10をかけ、2で割る。
S10 = 10(2 + 29)2 = 155
▸ S₁₀ = 155
2と29、5と26、8と23のように前と後ろから1つずつ組にすると、どの組も和が31になる。10項なら5組なので、和は31 × 5 = 155である。
2023 韓国修能 数学 類題
ある等差数列で a₃ = 7、a₇ = 19 のとき、初項 a₁ と公差 d は?
①a₁ = 1, d = 3
②a₁ = 3, d = 2
③a₁ = 1, d = 4
④a₁ = 2, d = 3
⑤a₁ = 7, d = 3
▸ ① a₁ = 1, d = 3
1
第3項は初項に公差を2回、第7項は6回加えた値である。
a₁ + 2d = 7, a₁ + 6d = 19
2
2つの項は4つ離れていて差は 19 − 7 = 12 なので d = 3、すると a₁ = 7 − 2 × 3 = 1 である。
4d = 12 ⟹ d = 3, a₁ = 1

最終更新

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