11.1 Runur og ritháttur þeirra – Undirbúningur fyrir stærðfræðigreiningu, 2. útgáfa (IS) | Námsgögn
1111 Runur, líkur og talningarfræði
11.1 Runur og ritháttur þeirra
11.1 Runur og ritháttur þeirra
Námsmarkmið
Í þessum hluta lærið þið að:
Skrifa liði runu sem er skilgreind á lokuðu formi.
Skrifa liði runu sem er skilgreind með rakningarvenslum.
Nota rithátt aðfeldis.
Tölvuleikjafyrirtæki hrindir af stað spennandi nýrri auglýsingaherferð. Starfsfólkið spáir því að fjöldi heimsókna á vef fyrirtækisins tvöfaldist á hverjum degi. Líkanið sem það notar sýnir 2 heimsóknir fyrsta daginn, 4 heimsóknir annan daginn, 8 heimsóknir þriðja daginn og svo framvegis. Sjá töflu 1 .
Dagur
1
2
3
4
5
…
Heimsóknir
2
4
8
16
32
…
Ef líkanið heldur áfram að gilda, hversu margar verða heimsóknirnar í lok mánaðarins? Til að svara spurningunni þurfum við fyrst að kunna að ákvarða lista talna sem eru skrifaðar í tiltekinni röð. Í þessum hluta könnum við slíka raðaða lista.
Liðir runu sem er skilgreind á lokuðu formi skrifaðir
Ein leið til að lýsa röðuðum lista talna er sem runu. Runa er fall þar sem skilgreiningarmengið er hlutmengi náttúrlegu talnanna. Runan sem fjöldi heimsókna á vefinn myndar er
Úrfellingarpunktarnir (…) tákna að runan haldi áfram endalaust. Hver tala í rununni kallast liður. Fyrstu fimm liðir þessarar runu eru 2, 4, 8, 16 og 32.
Það getur verið fyrirhafnarsamt að telja upp alla liði runu. Til að finna fjölda heimsókna á vefinn í lok mánaðar þyrfti til dæmis að telja upp allt að 31 liði. Skilvirkara er að ákvarða tiltekinn lið með því að skrifa formúlu sem skilgreinir rununa.
Ein gerð slíkra formúla er lokað form, sem skilgreinir liði runu út frá sæti þeirra í rununni. Lokuð form eru gagnleg þegar finna á tiltekinn lið runu án þess að finna alla fyrri liði hennar. Nota má formúluna til að finna n-ta lið rununnar, þar sem er sérhver jákvæð heiltala. Í dæminu okkar er hver tala í rununni tvöföld talan á undan og því getum við notað veldi af 2 til að skrifa formúlu fyrir liðinn.
Fyrsti liður rununnar er annar liðurinn er þriðji liðurinn er og svo framvegis. Finna má lið rununnar með því að hefja 2 í veldi. Lokað form runu er táknað með lágstaf með fótvísinn Lokað form þessarar runu er
Nú þegar við höfum formúlu fyrir lið rununnar getum við svarað spurningunni í upphafi hlutans. Við áttum að finna fjölda heimsókna í lok mánaðarins, sem við látum hafa 31 daga. Til að finna fjölda heimsókna á síðasta degi mánaðarins þurfum við að finna 31 st lið rununnar. Við setjum 31 í stað í formúlunni.
Ef tvöföldunin heldur áfram fær fyrirtækið heimsóknir á síðasta degi mánaðarins. Það eru meira en 2.1 milljarðar heimsókna! Þessi gífurlegi fjöldi er sennilega heldur óraunhæfur þar sem ekki er tekið tillit til áhuga neytenda og samkeppni. Hann gefur fyrirtækinu þó upphafspunkt fyrir viðskiptaákvarðanir.
Einnig má sýna rununa í töflu. Fyrstu fimm liðir rununnar og liður hennar eru sýndir í töflu 2 .
𝑛 n
1
2
3
4
5
𝑛 n
n -ti liður rununnar, a n
2
4
8
16
32
2 𝑛 2 n
Graf gefur myndræna framsetningu á rununni sem mengi stakra punkta. Af grafinu á mynd 1 sést að fjöldi heimsókna vex með veldishraða. Þessi tiltekna runa myndar vísisfall.
Að lokum getum við skrifað þessa tilteknu runu sem
Runa sem heldur áfram endalaust kallast óendanleg runa. Skilgreiningarmengi óendanlegrar runu er mengi náttúrlegu talnanna. Ef við skoðum aðeins fyrstu 10 liði rununnar getum við skrifað
Þessi runa kallast endanleg runa vegna þess að hún heldur ekki áfram endalaust.
Dæmi 1
Liðir runu sem er skilgreind á lokuðu formi skrifaðir
Skrifið fyrstu fimm liði rununnar sem er skilgreind með lokaða forminu
Lausn
Setjið inn í formúluna. Endurtakið með gildunum 2 til 5 fyrir
The first five terms are {5,2,−1,−4,−7}.
Greining
Skrá má gildi rununnar í töflu. Tafla á borð við töflu 3 er hentug leið til að setja fallið inn í grafteikniforrit.
𝑛 n
1
2
3
4
5
𝑎 𝑛 a n
5
2
–1
–4
–7
Teikna má graf út frá þessari gildistöflu. Af grafinu á mynd 2 sést að runan táknar línulegt fall, en takið eftir að grafið er ekki samfellt þar sem skilgreiningarmengið nær aðeins yfir jákvæðu heiltölurnar.
Mynd 2
Víxlrunur rannsakaðar
Stundum víxlast liðir runu. Formerki liðanna geta jafnvel víxlast. Skrefin við að finna liði rununnar eru þau sömu og ef formerkin víxluðust ekki. Liðirnir sem fást vaxa þó hvorki né minnka samfellt þegar vex. Skoðum eftirfarandi runu.
Takið eftir að fyrsti liðurinn er stærri en annar liðurinn, annar liðurinn er minni en þriðji liðurinn og þriðji liðurinn er stærri en fjórði liðurinn. Þetta mynstur heldur áfram endalaust. Ekki skal endurraða liðunum í tölulega röð þegar runan er túlkuð.
Dæmi 2
Liðir víxlrunu sem er skilgreind á lokuðu formi skrifaðir
Skrifið fyrstu fimm liði rununnar.
Lausn
Setjið og svo framvegis inn í formúluna.
The first five terms are {−12,43,−94,165,−256}.
Greining
Graf fallsins, sem sýnt er á mynd 3, er ólíkt gröfunum sem við höfum áður séð í þessum hluta þar sem liðir rununnar víxlast milli jákvæðra og neikvæðra gilda.
Mynd 3
Lokuð form hlutskilgreindra falla rannsökuð
Við höfum lært að runur eru föll þar sem skilgreiningarmengið nær yfir jákvæðu heiltölurnar. Þetta gildir einnig um aðrar gerðir falla, þar á meðal sum hlutskilgreind föll. Rifjum upp að hlutskilgreint fall er fall sem er skilgreint með nokkrum hlutformúlum. Mismunandi formúla getur lýst hverjum einstökum hluta.
Dæmi 3
Liðir runu sem er skilgreind með lokuðu formi hlutskilgreinds falls skrifaðir
Skrifið fyrstu sex liði rununnar.
Lausn
Setjið og svo framvegis inn í viðeigandi formúlu. Notið þegar er ekki margfeldi af 3. Notið þegar er margfeldi af 3.
The first six terms are {1,4,1,16,25,2}.
Greining
Þriðji hver punktur á grafinu á mynd 4 sker sig úr frá punktunum tveimur næst honum. Ástæðan er sú að runan var skilgreind með hlutskilgreindu falli.
Mynd 4
Lokað form fundið
Hingað til hefur lokaða formið verið gefið og við beðin um að finna tiltekinn fjölda liða rununnar. Stundum er lokað form fyrir lið runu ekki gefið. Þess í stað eru nokkrir liðir rununnar gefnir. Þá getum við unnið aftur á bak og fundið lokað form út frá fyrstu liðum rununnar. Lykillinn að því að finna lokað form er að leita að mynstri í liðunum. Hafið í huga að mynstrið getur falist í víxlandi liðum, formúlum fyrir teljara eða nefnara, veldisvísum eða veldisstofnum.
Dæmi 4
Lokað form fyrir n-ta lið runu skrifað
Skrifið lokað form fyrir lið hverrar runu.
ⓐ {−211,313,−415,517,−619,…}
ⓑ {−225,−2125,−2625,−23,125,−215,625,…}
ⓒ
{𝑒4,𝑒5,𝑒6,𝑒7,𝑒8,…}
Lausn
Leitið að mynstrinu í hverri runu.
ⓐ Liðirnir víxlast milli jákvæðra og neikvæðra gilda. Við getum notað til að láta formerkin víxlast. Tákna má teljarann með Tákna má nefnarann með
ⓑ
Liðirnir eru allir neikvæðir.
Við vitum því að brotið er neikvætt, teljarinn er 2 og tákna má nefnarann með
ⓒ
Liðirnir eru veldi af Þegar er fyrsti liðurinn og veldisvísirinn hlýtur því að vera
Liðir runu sem er skilgreind með rakningarformúlu skrifaðir
Runur koma náttúrulega fyrir í vaxtarmynstrum kuðunga nautilus-smokkfisks, köngla, trjágreina og margra annarra náttúrulegra forma. Rununa má sjá í uppröðun laufblaða eða greina, fjölda krónublaða blóms eða mynstri hólfa í kuðungi nautilus-smokkfisks. Vöxturinn fylgir Fibonacci-rununni, frægri runu þar sem hver liður fæst með því að leggja saman tvo næstu liði á undan. Tölurnar í rununni eru 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, …. Önnur dæmi úr náttúrunni sem sýna Fibonacci-rununa eru kalla-liljan, sem hefur aðeins eitt krónublað, sólhattur með 13 krónublöð og ýmis afbrigði fagurfífla sem geta haft 21 eða 34 krónublöð.
Hver liður Fibonacci-rununnar er háður liðunum á undan. Ekki er auðvelt að skrifa Fibonacci-rununa á lokuðu formi. Þess í stað lýsum við henni með rakningarformúlu, formúlu sem skilgreinir liði runu út frá fyrri liðum.
Rakningarformúla hefur alltaf tvo hluta: gildi upphafsliðar (eða upphafsliða) og jöfnu sem skilgreinir út frá fyrri liðum. Gerum til dæmis ráð fyrir að eftirfarandi sé þekkt:
Við getum fundið næstu liði rununnar út frá fyrsta liðnum.
Fyrstu fjórir liðir rununnar eru .
Rakningarformúla Fibonacci-rununnar tilgreinir fyrstu tvo liðina og skilgreinir hvern næsta lið sem summu tveggja næstu liða á undan.
Til að finna tíunda lið rununnar þyrftum við til dæmis að leggja saman áttunda og níunda liðinn. Áður kom fram að þeir eru 21 og 34, þannig að
Dæmi 5
Liðir runu sem er skilgreind með rakningarformúlu skrifaðir
Skrifið fyrstu fimm liði rununnar sem er skilgreind með rakningarformúlunni.
Lausn
Fyrsti liðurinn er gefinn í formúlunni. Fyrir hvern næsta lið setjum við gildi liðarins á undan í stað .
Fyrstu fimm liðirnir eru {9,7,1,–17,–71}. Sjá mynd 5.
Mynd 5
Dæmi 6
Liðir runu sem er skilgreind með rakningarformúlu skrifaðir
Skrifið fyrstu sex liði rununnar sem er skilgreind með rakningarformúlunni.
Lausn
Fyrstu tveir liðirnir eru gefnir. Fyrir hvern næsta lið setjum við gildi tveggja næstu liða á undan í stað og .
Fyrstu sex liðirnir eru {1,2,10,38,154,614}. Sjá mynd 6.
Mynd 6
Ritháttur aðfeldis notaður
Formúlur sumra runa innihalda margfeldi samliggjandi jákvæðra heiltalna. Aðfeldi , táknað er margfeldi jákvæðu heiltalnanna frá 1 til Til dæmis er
Dæmi um formúlu sem inniheldur aðfeldi er Finna má sjötta lið rununnar með því að setja 6 í stað
Aðfeldi sérhverrar náttúrlegrar tölu er Við getum því einnig litið á sem
Dæmi 7
Liðir runu skrifaðir með aðfeldum
Skrifið fyrstu fimm liði rununnar sem er skilgreind með lokaða forminu
Lausn
Setjið og svo framvegis inn í formúluna.
The first five terms are {56,512,18,136,51,008}.
Greining
Mynd 7 sýnir graf rununnar. Takið eftir að aðfeldi vaxa mjög hratt og því veldur aðfeldisliðurinn í nefnaranum því að nefnarinn verður miklu stærri en teljarinn þegar vex. Kvótinn minnkar því og eins og graf liðanna sýnir minnka liðirnir og nálgast núll.
Mynd 7
11.1 Verkefni hluta
Hugtakaspurningar
1.
Ræðið merkingu runu. Hvert er skilgreiningarmengi endanlegrar runu sem er skilgreind með formúlu? En óendanlegrar runu?
2.
Lýsið þremur leiðum til að skilgreina runu.
3.
Er raðað mengi sléttra talna óendanleg runa? En raðað mengi oddatalna? Rökstyðjið svarið.
4.
Hvað verður um liði runu þegar formúlan inniheldur neikvæðan þátt sem er hafinn í veldi með veldisvísi sem inniheldur Hvaða heiti er notað um þetta fyrirbæri?
5.
Hvað er aðfeldi og hvernig er það táknað? Sýnið með dæmi hvernig ritháttur aðfeldis getur verið gagnlegur.
Algebruverkefni
Í eftirfarandi verkefnum skal skrifa fyrstu fjóra liði rununnar.
6.
𝑎𝑛=2𝑛−2
7.
𝑎𝑛=−16𝑛+1
8.
𝑎𝑛=−(−5)𝑛−1
9.
𝑎𝑛=2𝑛𝑛3
10.
𝑎𝑛=2𝑛+1𝑛3
11.
𝑎𝑛=1.25⋅(−4)𝑛−1
12.
𝑎𝑛=−4⋅(−6)𝑛−1
13.
𝑎𝑛=𝑛22𝑛+1
14.
𝑎𝑛=(−10)𝑛+1
15.
𝑎𝑛=−(4⋅(−5)𝑛−15)
Í eftirfarandi verkefnum skal skrifa fyrstu átta liði hlutskilgreindu rununnar.
16.
𝑎𝑛={(−2)𝑛−2ef 𝑛er slétt tala(3)𝑛−1ef 𝑛er oddatala
17.
𝑎𝑛={𝑛22𝑛+1ef 𝑛≤5𝑛2−5ef 𝑛>5
18.
𝑎𝑛={(2𝑛+1)2ef 𝑛er deilanleg með 42𝑛ef 𝑛er ekki deilanleg með 4
19.
𝑎𝑛={−0.6⋅5𝑛−1ef 𝑛er frumtala eða 12.5⋅(−2)𝑛−1ef 𝑛er samsett tala
20.
𝑎𝑛={4(𝑛2−2)ef 𝑛≤3eða 𝑛> 6𝑛2−24ef 3<𝑛≤6
Í eftirfarandi verkefnum skal skrifa lokað form fyrir hverja runu.
21.
4, 7, 12, 19, 28,…
22.
−4,2,−10,14,−34,…
23.
1,1,43,2,165,…
24.
0,1−𝑒11+𝑒2,1−𝑒21+𝑒3,1−𝑒31+𝑒4,1−𝑒41+𝑒5,…
25.
1,−12,14,−18,116,…
Í eftirfarandi verkefnum skal skrifa fyrstu fimm liði rununnar.
26.
𝑎1=9,𝑎𝑛=𝑎𝑛−1+𝑛
27.
𝑎1=3,𝑎𝑛=(−3)𝑎𝑛−1
28.
𝑎1=−4,𝑎𝑛=𝑎𝑛−1+2𝑛𝑎𝑛−1−1
29.
𝑎1=−1,𝑎𝑛=(−3)𝑛−1𝑎𝑛−1−2
30.
𝑎1=−30,𝑎𝑛=(2+𝑎𝑛−1)(12)𝑛
Í eftirfarandi verkefnum skal skrifa fyrstu átta liði rununnar.
31.
𝑎1=124,a2=1,𝑎𝑛=(2𝑎𝑛−2)(3𝑎𝑛−1)
32.
𝑎1=−1,a2=5,𝑎𝑛=𝑎𝑛−2(3−𝑎𝑛−1)
33.
𝑎1=2,a2=10,𝑎𝑛=2(𝑎𝑛−1+2)𝑎𝑛−2
Í eftirfarandi verkefnum skal skrifa rakningarformúlu fyrir hverja runu.
34.
−2.5,−5,−10,−20,−40,…
35.
−8,−6,−3,1,6,…
36.
2,4,12,48,240,…
37.
35,38,41,44,47,…
38.
15,3,35,325,3125,⋯
Í eftirfarandi verkefnum skal reikna aðfeldið.
39.
6!
40.
(126)!
41.
12!6!
42.
100!99!
Í eftirfarandi verkefnum skal skrifa fyrstu fjóra liði rununnar.
43.
𝑎𝑛=𝑛!𝑛2
44.
𝑎𝑛=3⋅𝑛!4⋅𝑛!
45.
𝑎𝑛=𝑛!𝑛2−𝑛−1
46.
𝑎𝑛=100⋅𝑛𝑛(𝑛−1)!
Myndræn verkefni
Í eftirfarandi verkefnum skal teikna fyrstu fimm liði tilgreindrar runu.
47.
𝑎𝑛=(−1)𝑛𝑛+𝑛
48.
𝑎𝑛={4+𝑛2𝑛ef 𝑛er slétt tala3+𝑛ef 𝑛er oddatala
49.
𝑎1=2,𝑎𝑛=(−𝑎𝑛−1+1)2
50.
𝑎1=1,𝑎𝑛=𝑎𝑛−1+8
51.
𝑎𝑛=(𝑛+1)!(𝑛−1)!
Í eftirfarandi verkefnum skal skrifa lokað form rununnar út frá fyrstu fimm punktunum sem sýndir eru á grafinu.
52.
53.
54.
Í eftirfarandi verkefnum skal skrifa rakningarformúlu rununnar út frá fyrstu fimm punktunum sem sýndir eru á grafinu.
55.
56.
Tækni
Fylgið þessum skrefum til að reikna runu sem er skilgreind með rakningarformúlu í grafreikni:
Sláið gildi upphafsliðarins inn á heimaskjánum og ýtið á [ENTER] .
Sláið rakningarformúluna inn með því að slá inn öll tölugildi sem gefin eru í formúlunni ásamt lyklunum [2ND] ANS fyrir fyrri liðinn Ýtið á [ENTER] .
Haldið áfram að ýta á [ENTER] til að reikna gildi hvers næsta liðar.
Í eftirfarandi verkefnum skal nota skrefin hér á undan til að finna tilgreindan lið eða liði rununnar.
57.
Finnið fyrstu fimm liði rununnar , Notið the > Frac-aðgerðina til að fá niðurstöður sem brot.
58.
Finnið 15 -ti lið rununnar ,
59.
Finnið fyrstu fimm liði rununnar ,
60.
Finnið fyrstu tíu liði rununnar ,
61.
Finnið tíunda lið rununnar ,
Fylgið þessum skrefum til að reikna endanlega runu sem er skilgreind á lokuðu formi. Gerið eftirfarandi á TI-84-reiknivél.
Ýtið á [2ND] LIST á heimaskjánum.
Færið bendilinn yfir á OPS og veljið „seq(“ af fellilistanum. Ýtið á [ENTER] .
Sláið lokaða formið inn í línuna sem merkt er „Expr:“ og notið hnappinn [ X , T , 𝜃 , 𝑛 ] [ X,T , θ , n ] fyrir 𝑛 n.
Sláið breytuna sem notuð var í fyrra skrefi inn í línuna sem merkt er „Variable:“
Sláið inn gildi sem runan byrjar á í línuna sem merkt er „start:“
Sláið inn gildi sem runan endar á í línuna sem merkt er „end:“
Ýtið 3 sinnum á [ENTER] til að fara aftur á heimaskjáinn. Ritháttur rununnar birtist á skjánum. Ýtið á [ENTER] til að sjá lista yfir liði skilgreindu endanlegu rununnar. Notið hægri örvarlykilinn til að fletta í gegnum listann.
Gerið eftirfarandi á TI-83-reiknivél.
Ýtið á [2ND] LIST á heimaskjánum.
Færið bendilinn yfir á OPS og veljið „seq(“ af fellilistanum. Ýtið á [ENTER] .
Sláið atriðin inn í röðinni „Expr“, „Variable“, „start“, „end“ og aðskiljið þau með kommum. Lýsing á hverju atriði er í leiðbeiningunum hér á undan.
Ýtið á [ENTER] til að sjá lista yfir liði skilgreindu endanlegu rununnar. Notið hægri örvarlykilinn til að fletta í gegnum listann.
Í eftirfarandi verkefnum skal nota skrefin hér á undan til að finna tilgreinda liði rununnar. Námundið að næsta þúsundasta hluta þegar þess þarf.
62.
Teljið upp fyrstu fimm liði rununnar
63.
Teljið upp fyrstu sex liði rununnar
64.
Teljið upp fyrstu fimm liði rununnar
65.
Teljið upp fyrstu fjóra liði rununnar
66.
Teljið upp fyrstu sex liði rununnar
Viðbótarverkefni
67.
Skoðið rununa sem er skilgreind með Er liður í rununni? Staðfestið niðurstöðuna.
68.
Hvaða liður rununnar hefur gildið Staðfestið niðurstöðuna.
69.
Finnið rakningarformúlu fyrir rununa 1, 0, −1, −1, 0, 1, 1, 0, −1, −1, 0, 1, 1, …. (Ábending: Finnið mynstur fyrir út frá fyrstu tveimur liðunum.)
70.
Reiknið fyrstu átta liði runanna og og setjið síðan fram tilgátu um tengsl runanna tveggja.
71.
Sannið tilgátuna sem sett var fram í verkefninu á undan.