סדרות וטורים - מאבר ל-סכום
אפשר לחבר אינסוף מספרים ולקבל מספר סופי? קחו את הטור 1 + ½ + ¼ + ⅛ + …. כל אבר חצי מקודמו - סדרה הנדסית עם q = ½. הסכומים החלקיים הם 1, 1½, 1¾, 1⅞, …, והם מתקרבים יותר ויותר ל-2 בלי לעבור אותו אף פעם. זה בדיוק מה שאומרת נוסחת הטור האינסופי המתכנס: כש-|q| < 1, S = a₁/(1 − q) = 1/(1 − ½) = 2. בדף הזה נבנה את התמונה מהיסוד - סדרה חשבונית, סדרה הנדסית, וטור מתכנס.
האנטומיה של סדרה וסכומה
העשרה: המפה שלמטה בנויה על סדרה חשבונית, והיא אינה נלמדת ואינה נבחנת בשאלון 35571 בתשפ״ז. הרעיון עצמו, אבר ראשון ועוד כלל התקדמות ומהם האבר הכללי והסכום החלקי, הוא בדיוק הרעיון שחוזר בסדרה ההנדסית שבהמשך. לכל סדרה יש אבר ראשון וכלל התקדמות: בחשבונית מוסיפים הפרש קבוע d, בהנדסית מכפילים ביחס קבוע q. מהכלל הזה נובעים גם האבר הכללי וגם הסכום החלקי. הנה המפה על דוגמה - סדרה חשבונית עם a₁ = 4 ו-d = 3, שסכום עשריה הראשונים אבריה עד n = 20 הוא S₂₀ = 650:
מה מרכיב סדרות וטורים
שישה מושגים שנותנים שליטה מלאה בסדרות ובטורים. ארבעה מהם, ההנדסית והטור המתכנס, הם מה שנדרש בשאלון 35571 בתשפ״ז; שני הראשונים, על הסדרה החשבונית, מסומנים כהעשרה שאינה נבחנת השנה. נסו לשנות במעבדה שלמעלה את a₁, את ההפרש d ואת היחס q תוך כדי קריאה, וצפו איך הסכומים החלקיים משתנים.
סדרה חשבוניתהעשרה · לא נבחן בתשפ״ז
כל אבר גדול מקודמו בהפרש קבוע d. האבר הכללי הוא aₙ = a₁ + (n − 1)d. למשל עם a₁ = 4 ו-d = 3 מקבלים 4, 7, 10, 13, …, והאבר העשרים הוא a₂₀ = 4 + 19·3 = 61.
סכום סדרה חשבוניתהעשרה · לא נבחן בתשפ״ז
הסכום החלקי הוא ממוצע האבר הראשון והאחרון כפול מספר האברים: Sₙ = n(a₁ + aₙ)/2. בדוגמה S₂₀ = 20(4 + 61)/2 = 20·652 = 650.
סדרה הנדסית
כל אבר הוא קודמו כפול יחס קבוע q. האבר הכללי הוא aₙ = a₁qⁿ⁻¹. למשל עם a₁ = 3 ו-q = 2 מקבלים 3, 6, 12, 24, 48, …, והאבר החמישי הוא a₅ = 3·2⁴ = 48.
סכום סדרה הנדסית
הסכום החלקי הוא Sₙ = a₁(qⁿ − 1)/(q − 1) (עבור q ≠ 1). בדוגמה S₅ = 3(2⁵ − 1)/(2 − 1) = 3·31 = 93.
טור הנדסי אינסופי מתכנס
כאשר |q| < 1 האברים דועכים והסכום החלקי מתייצב על גבול סופי: S = a₁/(1 − q). עם a₁ = 8 ו-q = ¼: S = 8/(1 − ¼) = 323.
מתי הטור מתכנס
הנוסחה S = a₁/(1 − q) תקפה רק כאשר |q| < 1 - אז qⁿ → 0. אם |q| ≥ 1 האברים אינם דועכים והסכום מתבדר. הטור 1 + ½ + ¼ + … מקיים q = ½ ולכן מתכנס ל-2.
דוגמאות פתורות
שלוש דוגמאות, צעד אחר צעד, בסגנון בגרות של 5 יח״ל - סכום חשבוני (העשרה, לא נבחן בתשפ״ז), סכום הנדסי, וטור אינסופי מתכנס. שימו לב לבחירת הנוסחה הנכונה לכל סוג סדרה.
- האבר האחרון: לפי aₙ = a₁ + (n − 1)d מקבלים a₂₀ = 4 + 19·3 = 4 + 57 = 61.
- הצבה בנוסחת הסכום: Sₙ = n(a₁ + aₙ)/2, כלומר S₂₀ = 20(4 + 61)/2.
- חישוב: S₂₀ = 20·652 = 10·65 = 650.
- סכום עשרים האברים הראשונים הוא S₂₀ = 650.
- זיהוי: יחס קבוע q = 2, ולכן משתמשים ב-Sₙ = a₁(qⁿ − 1)/(q − 1).
- הצבה: S₅ = 3(2⁵ − 1)/(2 − 1) = 3(32 − 1)/1.
- חישוב: S₅ = 3·31 = 93.
- סכום חמשת האברים הראשונים הוא S₅ = 93.
- בדיקת התכנסות: q = ¼ מקיים |q| < 1, ולכן הטור מתכנס והנוסחה S = a₁/(1 − q) תקפה.
- הצבה: S = 8/(1 − ¼) = 8/(¾).
- חישוב: S = 8·(43) = 323 ≈ 10.667.
- סכום הטור האינסופי הוא S = 323.
תרגול אינטראקטיבי
תרגול מקיף בשלוש רמות: יסוד (אבר או סכום ישיר), יישום (בעיה רב-שלבית), ורמת בגרות (טור מתכנס וסדרות משולבות). פתרו סט, ועברו לסט הבא עם החצים. בשאלות עם הקלדה אפשר לפתוח מקלדת מתמטית, ובכל שלב את המחשבון של נדב כץ - כולל לשונית "פותר הסדרות".
דרכים לתרגל את הדף הזה
המשחק בנוי מהשאלות ומאוצר המילים של הדף עצמו, ועוקב אחרי מה שכבר יושב לכם ומה שעוד לא. שאלה עולה דרגה כשעונים עליה נכון, ויורדת בטעות. ההתקדמות נשמרת במכשיר הזה בלבד.
הנקודות שכדאי לזכור
- 1חשבונית (העשרה, לא נבחן בתשפ״ז): aₙ = a₁ + (n − 1)d - הפרש קבוע d.
- 2סכום חשבוני (העשרה, לא נבחן בתשפ״ז): Sₙ = n(a₁ + aₙ)/2.
- 3הנדסית: aₙ = a₁qⁿ⁻¹, Sₙ = a₁(qⁿ − 1)/(q − 1) - יחס קבוע q.
- 4טור מתכנס: אם |q| < 1 אז S = a₁/(1 − q).
- 5דוגמאות מפתח שנבחנות: S₅ = 93, 1 + ½ + ¼ + … = 2. (S₂₀ = 650 הוא חשבוני, כלומר העשרה בלבד.)