AMKbook.Net Задачи должны иметь решение

Задача №1893

Условие

Пусть \(\displaystyle{S_n}\) – сумма первых \(\displaystyle{n}\) членов арифметической прогрессии. Доказать, что:

\[S_{3n}=3\left(S_{2n}-S_n\right)\]

Решение

Пусть \(\displaystyle{d}\) – разность этой прогрессии.

\[ S_{3n}-3\cdot\left(S_{2n}-S_n\right) =\frac{a_1+a_{3n}}{2}\cdot{3n}-3\cdot\left(\frac{a_1+a_{2n}}{2}\cdot{2n}-\frac{a_1+a_n}{2}\cdot{n}\right)=\\ =\frac{3n}{2}\cdot\left(a_1+a_{3n}-2a_1-2a_{2n}+a_1+a_n\right) =\frac{3n}{2}\cdot\left(a_{3n}-2a_{2n}+a_n\right)=\\ =\frac{3n}{2}\cdot\left(a_1+d(3n-1)-2a_1-2d(2n-1)+a_1+d(n-1)\right) =0. \]

Так как \(\displaystyle{S_{3n}-3\cdot\left(S_{2n}-S_n\right)=0}\), то \(\displaystyle{S_{3n}=3\left(S_{2n}-S_n\right)}\).

В принципе, тут можно решить и по-иному: такие задачи имеют много способов решений. Выведем пару несложных формул:

\[ \begin{aligned} & a_{n+i}=a_1+d(n+i-1)=a_1+d(i-1)+dn=a_i+dn\\ & a_{n+i}=a_1+d(n+i-1)=a_1+d(2n+i-1)-dn=a_{2n+i}-dn \end{aligned} \]

Применяя данные формулы, получим:

\[ 3\left(S_{2n}-S_n\right) =3\sum_{i=1}^{n}a_{n+i} =\sum_{i=1}^{n}a_{n+i}+\sum_{i=1}^{n}a_{n+i}+\sum_{i=1}^{n}a_{n+i}=\\ =\sum_{i=1}^{n}\left(a_i+dn\right)+\sum_{i=1}^{n}a_{n+i}+\sum_{i=1}^{n}\left(a_{2n+i}-dn\right) =\sum_{i=1}^{n}a_i+\sum_{i=1}^{n}a_{n+i}+\sum_{i=1}^{n}a_{2n+i} =S_{3n}. \]

Ответ:

Равенство доказано

Источники задачи

Задачник №2Кудрявцев "Сборник задач по математическому анализу" (том №1)
Параграф №4Прогрессии. Суммирование. Бином Ньютона. Числовые неравенства
Задача №3
Пункт №2