3. geometric sequence



등비수열
geometric sequences


"등비수열은 같은 값을 계속
곱해주는 거예요"

" it's a sequence
multiplying the same ratio "






등비수열 또한 초등산수 시절부터 배우는, 수의 규칙성을 찾는 유형 중에서 가장 기초적인 수열의 하나입니다.

등비수열도 일반적인 제 n 항까지, 그리고 공비 r 등의 문자로 표현되는 일반화된 기본개념을 정확하게 익혀 두어야, 앞으로 배우는 계차수열이나 무한 등비급수 등의 상위 개념을 어려움 없이 공부해 낼 수 있습니다.

특히, 뒤에서 배우게 될 여러가지 수열의 점화식 등에서도 자주 활용되는 기본 개념이므로, 응용력을 철저히 익혀두기 바랍니다.




               

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앞에서 공부했던 수열을 복습해 보도록 할까요?

Let's review what we have learned about sequences before.


예를 들어 2, 6, 18, 54, 162, ... 와 같이, 3 을 곱하는 방식으로 계속해서 다음 항을 만드는 수열을 등비수열이라고 하고, 이 때의 곱해지는 일정한 상수값을 공비라고 한다는 것을 앞에서 배웠습니다.

We learned that 'a geometric sequence' has a constant ratio between any term and the term after it and the ratio, x 3 in this example, is called 'common ratio'.


이 등비수열의 구조를 조금 더 자세히 살펴 보도록 할까요?

Let's investigate the structure of this geometric sequence in detail.


2,    6,   18,   54,    162, ...
                         
x 3    x 3    x 3    x 3      

a1 = 2
a2 = 2 x 3
a3 = 2 x 3 x 3
a4 = 2 x 3 x 3 x 3

  an = 2 x 3(n – 1)


위에서 보는 것과 같이, n 번째의 일반항인 an 은 첫째 항인 a1 에다가 (n – 1) 개의 공비를 곱하는 방법으로 구해진다는 것을 알 수 있습니다.

As shown above, we can find the n-th general term by multiplying common ratio (n – 1) times to the first term a1.



이 내용을 일반화해서 공식으로 정리하도록 할까요?

Let's summarize what we learned, which is called explicit formula.




등비수열 { an } 첫째항을 a1, 공비를 r 라고 하면 n 째의 일반항 an 아래와 같이 구한다.

Suppose a1 is the first term and r is the common ratio of a geometric sequence { an }, then the n-th term an, i.e. the explicit formula, will be as follows :

an = a1 x r (n – 1)






보기 문제로, 아래의 수열에서 10 번째 항과 제 n 번째 항을 구해 보도록 할까요?

As worked examples, let's find the 10th and n-th general term of the following sequences.


(1) 3, 6, 12, 24, 48, ...

a1 = 3,   r = 2

  an = 3 x 2(n 1)

  a10 = 3 x 2(10 1) = 1536




(2) 2, – 6, 18, – 54, 162, ...

a1 = 2,   r = – 3

  an = 2 x (– 3)(n 1)

  a10 = 2 x (– 3)(10 1) = – 2 x 39





그러면, 연습문제들을 풀어 보도록 할까요?

Then, let's solve some exercises.




공비가 0.5 이고 6 항이 5 등비수열의 째항을 구하여라.

Find the initial term of a geometric sequence such that its common ratio is 0.5 and the 6th term is 5.




(1) 우선, 주어진 내용을 기호를 써서 식으로 나타내 볼까요?

First, try to write down a formula in terms of a1 and r.


r = 0.5                       
a6 = a1 x r (6 – 1) = 5 


(2) 미지수 2 개와 서로 다른 2 개의 연립방정식 구조를 갖고 있으므로,

It has the systems of two equations and therefore,


[대입법]   ⇒ ②  :

[ substitution method ]

a1 x (0.5)(6 – 1) = 5

∴  a1 = 5 x 25 = 160







5 항이 48 이고 10 항이 – 1536 등비수열의 째항을 구하여라.

Find the initial term of a geometric sequence of which the 5th term is 48 and the 10th term is – 1536.




(1) 우선, 주어진 내용을 기호를 써서 식으로 나타내 볼까요?

If we write down a formula in terms of a1 and d.


a5 = a1 x r (5 – 1) = 48        
a10 = a1 x r (10 – 1) = – 1536 



(2) 미지수 2 개와 서로 다른 2 개의 연립방정식 구조를 갖고 있으므로,

Now, solve the systems of equations,


[승제법]   ÷ :

[ elimination method ]

r 5 = – 32 = (– 2)5

r = – 2 



[대입법]   ⇒ ① :

[ substitution method ]

a1 x (– 2)4 = 48

16 a1 = 48

∴  a1 = 3







n 항이 아래와 같이 표현되는 등비수열에서, 그 첫 째항과 공비를 구하여라.

Find the initial term and the common ratio of a geometric sequence when its n-th term is expressed as follows :

an = 2 x 3(2n 1)




(1) 주어진 일반항을 an = a1 x r (n – 1) 의 표준형태로 바꾸면,

If we change the given formula into standard explicit form,


2n 1 = 2(n 1) + 1


∴  an = 2 x 3{2(n 1) + 1}

= 2 x 32(n 1) x 31

= 2 x 3 x 32(n 1)


  an = 6 x 9(n – 1)



따라서,   째항 a1 = 6,  공비 r = 9







8, a, b 순서로 등차수열을 이루고, a, b, 36 순서로 등비수열을 이룰 , 자연수 a, b 구하여라.

Find positive integers a and b when 8, a, b is a finite arithmetic sequence and a, b, 36 is a finite geometric sequence.




(1) 8, a, b 순서로 등차수열을 이룬다고 했으니까,

When 8, a, b is a finite arithmetic sequence,

2a = 8 +  


(2) , a, b, 36 순서로 등비수열을 이룬다고 했으니까,

In addition, a, b, 36 is a finite geometric sequence,

b2 = a x 36 


(3) 이제, 일차식과 이차식을 연립으로 때에는, 반드시 일차식을 이차식에 대입하는 것이 좋습니다.

When the systems of linear and quadratic equations are given, the best way to solve is to substitute linear equation into the quadratic,


[대입법]   ⇒ ② :

[ substitution method ]

(2a 8)2 = a x 36

a2 17a +16 = 0

(a – 16) (a – 1) = 0

∴  a = 16  or  1


(4) 결과를 식에 대입하면,

If we substitute this result into equation :

b = 24  or  – 6

 (a, b) = (16, 24)







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