סדרה הנדסית - סדרה הנדסית אין-סופית

סדרה הנדסית

סדרה הנדסית אין-סופית וסכום מתכנס

🎯 מהי סדרה הנדסית אין-סופית?

סדרה הנדסית אין-סופית היא סדרה הנדסית שממשיכה ללא סוף.

a₁, a₂, a₃, a₄, ... → ∞ איברים

❓ השאלה המרכזית:

האם אפשר לחשב את סכום כל האיברים בסדרה אין-סופית?

⭐ התנאי לסכום סופי (מתכנס)

\(|q| < 1\)

כלומר: \(-1 < q < 1\)

✅ הסכום מתכנס כש:

|q| < 1

למשל: q = 0.5, q = -0.3, q = ⅓

האיברים הולכים וקטנים ומתקרבים ל-0

❌ הסכום מתבדר כש:

|q| ≥ 1

למשל: q = 2, q = -1.5, q = 1

האיברים לא מתקרבים ל-0

📐 נוסחת הסכום האין-סופי

\(S = \frac{a_1}{1 - q}\)

(תקף רק כאשר |q| < 1)

💡 השוואה לנוסחת הסכום הסופי:

סכום סופי (n איברים) סכום אין-סופי
\(S_n = \frac{a_1(1 - q^n)}{1 - q}\) \(S = \frac{a_1}{1 - q}\)

🔍 מאיפה הנוסחה?

כש-|q| < 1, אז כש-n → ∞: qⁿ → 0

לכן: \(S = \lim_{n \to \infty} \frac{a_1(1-q^n)}{1-q} = \frac{a_1(1-0)}{1-q} = \frac{a_1}{1-q}\)

✏️ דוגמאות

דוגמה 1: חשבו את הסכום: \(1 + \frac{1}{2} + \frac{1}{4} + \frac{1}{8} + ...\)

פתרון:

\(a_1 = 1, \quad q = \frac{1}{2}\)

|q| = 0.5 < 1 ✓ (מתכנס)

\(S = \frac{1}{1 - \frac{1}{2}} = \frac{1}{\frac{1}{2}} = 2\)

תשובה: S = 2

דוגמה 2: חשבו את הסכום: \(6 + 2 + \frac{2}{3} + \frac{2}{9} + ...\)

פתרון:

\(a_1 = 6, \quad q = \frac{2}{6} = \frac{1}{3}\)

|q| = ⅓ < 1 ✓ (מתכנס)

\(S = \frac{6}{1 - \frac{1}{3}} = \frac{6}{\frac{2}{3}} = 6 \cdot \frac{3}{2} = 9\)

תשובה: S = 9

דוגמה 3: חשבו את הסכום: \(4 - 2 + 1 - \frac{1}{2} + ...\)

פתרון:

\(a_1 = 4, \quad q = \frac{-2}{4} = -\frac{1}{2}\)

|q| = 0.5 < 1 ✓ (מתכנס)

\(S = \frac{4}{1 - (-\frac{1}{2})} = \frac{4}{1 + \frac{1}{2}} = \frac{4}{\frac{3}{2}} = \frac{8}{3}\)

תשובה: S = 8/3

🔄 יישום: שבר עשרוני מחזורי

✏️ דוגמה: הפכו את \(0.\overline{3} = 0.333...\) לשבר פשוט.

פתרון:

\(0.333... = \frac{3}{10} + \frac{3}{100} + \frac{3}{1000} + ...\)

זו סדרה הנדסית עם: \(a_1 = \frac{3}{10}, \quad q = \frac{1}{10}\)

\(S = \frac{\frac{3}{10}}{1 - \frac{1}{10}} = \frac{\frac{3}{10}}{\frac{9}{10}} = \frac{3}{9} = \frac{1}{3}\)

תשובה: \(0.\overline{3} = \frac{1}{3}\)

✏️ דוגמה: הפכו את \(0.\overline{27} = 0.272727...\) לשבר פשוט.

פתרון:

\(0.272727... = \frac{27}{100} + \frac{27}{10000} + \frac{27}{1000000} + ...\)

\(a_1 = \frac{27}{100}, \quad q = \frac{1}{100}\)

\(S = \frac{\frac{27}{100}}{1 - \frac{1}{100}} = \frac{\frac{27}{100}}{\frac{99}{100}} = \frac{27}{99} = \frac{3}{11}\)

תשובה: \(0.\overline{27} = \frac{3}{11}\)

🔄 בעיות הפוכות

✏️ דוגמה - מציאת a₁:

בסדרה הנדסית אין-סופית q = ¼ והסכום S = 8. מצאו את a₁.

פתרון:

\(S = \frac{a_1}{1-q}\)

\(8 = \frac{a_1}{1 - \frac{1}{4}} = \frac{a_1}{\frac{3}{4}}\)

\(a_1 = 8 \cdot \frac{3}{4} = 6\)

תשובה: a₁ = 6

✏️ דוגמה - מציאת q:

בסדרה הנדסית אין-סופית a₁ = 12 והסכום S = 16. מצאו את q.

פתרון:

\(16 = \frac{12}{1-q}\)

\(16(1-q) = 12\)

\(1-q = \frac{12}{16} = \frac{3}{4}\)

\(q = 1 - \frac{3}{4} = \frac{1}{4}\)

בדיקה: |q| = ¼ < 1 ✓

תשובה: q = ¼

📋 טבלת סיכום - כל נוסחאות הסדרה ההנדסית

נושא נוסחה
כלל הנסיגה \(a_{n+1} = a_n \cdot q\)
איבר כללי \(a_n = a_1 \cdot q^{n-1}\)
סכום n איברים (q ≠ 1) \(S_n = \frac{a_1(q^n - 1)}{q - 1}\)
סכום אין-סופי (|q| < 1) \(S = \frac{a_1}{1 - q}\)

📝 סיכום

\(S = \frac{a_1}{1-q}\)

תקף רק כאשר |q| < 1

יישום חשוב: המרת שבר עשרוני מחזורי לשבר פשוט