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