۱۰۰ هزار تومان هدیهٔ ثبت‌نام، تا ۱ میلیونبا ثبت‌نام گردونهٔ هدیه را بچرخان: دست‌کم ۱۰۰٬۰۰۰ تومان و تا ۱٬۰۰۰٬۰۰۰ تومان اعتبار هدیه، بدون کارت بانکیگردونهٔ هدیه۱ میلیون برای تو، ۱ میلیون برای دوستتدوستانت را دعوت کن: برای هر دوستی که فعال شود ۱٬۰۰۰٬۰۰۰ تومان اعتبار هدیه می‌گیری و خودش هم ۱٬۰۰۰٬۰۰۰ تومانجوایز
1xAi
ریاضی ۱ · فصل ۱

خلاصه درس فصل ۱ ریاضی دهم؛ درسنامه و نکات مهم

«مجموعه، الگو و دنباله»، فصل ۱ کتاب ریاضی ۱، صفحهٔ ۱ تا ۲۷، پایهٔ دهم: ۳ درس، هر کدام با توضیح مفاهیم، مثال حل‌شده و نکات مهم.

این درسنامه را هوش مصنوعی 1xAi از روی صفحه‌های همان درس در کتاب درسی نوشته است (برچسب «تولید هوش مصنوعی»). کنار توضیح‌ها شمارهٔ صفحهٔ کتاب آمده تا با کتاب مقایسه کنی، و مثال حل‌شدهٔ هر درس یک بار دیگر جداگانه حل و بررسی شده؛ مثالی که درست درنیامده حذف شده است.

نمونه سوال این فصل با جواب

درس ۱ · صفحهٔ ۱ تا ۸ · حدود ۱۵ دقیقه · تولید هوش مصنوعی

درس اوّل: مجموعه‌های متناهی و نامتناهی

در این درس یاد می‌گیری مجموعه‌های عددی و بازه‌ها را بشناسی، اجتماع و اشتراک و تفاضل بازه‌ها را به دست آوری و متناهی یا نامتناهی بودن مجموعه‌ها را با دلیل تشخیص دهی.

پیش از شروع

به نظرت تعداد درخت‌های جنگل‌های آمازون بیشتر است یا تعداد عددهای حقیقی بین 00 و 11؟ چطور می‌توانی از پاسخت دفاع کنی؟

تعداد درخت‌های آمازون، با همهٔ بزرگی‌اش، متناهی است؛ اما بین 00 و 11 بی‌نهایت عدد حقیقی وجود دارد. پس کوچک بودن فاصلهٔ دو عدد به معنی کم بودن تعداد عددهای بین آن‌ها نیست!

هر عدد کجا جا می‌گیرد؟

هر عدد کجا جا می‌گیرد؟

برای شمردن کتاب‌ها از اعداد طبیعی استفاده می‌کنی: N={1،2،3،…}\mathbb{N}=\{1،2،3،\ldots\}. اگر تعداد کتاب‌ها صفر هم بتواند باشد، به اعداد حسابی نیاز داری: W={0،1،2،3،…}\mathbb{W}=\{0،1،2،3،\ldots\}. با اضافه‌کردن عددهای صحیح منفی، مثل دمای زیر صفر، مجموعهٔ اعداد صحیح Z\mathbb{Z} ساخته می‌شود.

عدد گویا عددی است که بتوان آن را به شکل mn\frac{m}{n} نوشت؛ در اینجا mm و nn صحیح‌اند و n≠0n\ne0. پس هر عدد صحیح هم گویاست؛ مثلاً −3=−31-3=\frac{-3}{1}.

این مجموعه‌ها مثل جعبه‌هایی درون هم‌اند:

N⊆W⊆Z⊆Q⊆R\mathbb{N}\subseteq\mathbb{W}\subseteq\mathbb{Z}\subseteq\mathbb{Q}\subseteq\mathbb{R}

اما همهٔ عددها گویا نیستند! عددهایی مثل 2\sqrt{2} و π\pi را نمی‌توان به نسبت دو عدد صحیح نوشت؛ آن‌ها گنگ هستند و مجموعه‌شان را با Q′\mathbb{Q}' نشان می‌دهیم.

گویاها و گنگ‌ها با هم مجموعهٔ اعداد حقیقی را می‌سازند: R=Q∪Q′\mathbb{R}=\mathbb{Q}\cup\mathbb{Q}'. هر نقطهٔ محور اعداد نمایندهٔ یک عدد حقیقی است؛ آن عدد یا گویاست یا گنگ، نه هر دو.

کتاب درسی، صفحهٔ ۲

خواندن و نوشتن بازه‌ها

خواندن و نوشتن بازه‌ها

فرض کن دمای مناسب یک اتاق، تمام مقدارهای بین 1818 و 2424 درجه، همراه با خود این دو مقدار باشد. این مجموعه فقط شامل عددهای صحیح نیست؛ مقدارهایی مثل 20.520.5 هم در آن هستند. چنین قطعهٔ پیوسته‌ای از محور اعداد حقیقی را بازه می‌نامیم.

برای خواندن نماد بازه، به دو سر آن دقت کن:

  • کروشه یعنی عددِ آن سر عضو بازه است؛ پس [18,24][18,24] یک بازهٔ بسته است.
  • پرانتز یعنی عددِ آن سر عضو نیست؛ پس (18,24)(18,24) یک بازهٔ باز است.
  • در بازهٔ نیم‌باز مثل [18,24)[18,24)، سرِ 1818 عضو است، ولی سرِ 2424 نیست.

روی محور، سرِ عضو را با نقطهٔ پُر و سرِ غیرعضو را با نقطهٔ توخالی نشان می‌دهیم و میان آن‌ها را رنگ می‌کنیم.

اگر بازه از یک طرف ادامه داشته باشد، از نماد بی‌نهایت استفاده می‌کنیم؛ مثلاً [18,+∞)[18,+\infty) یعنی تمام عددهای حقیقی بزرگ‌تر یا مساوی 1818. بی‌نهایت عدد حقیقی نیست؛ بنابراین کنار +∞+\infty و −∞-\infty همیشه پرانتز می‌گذاریم، نه کروشه.

کتاب درسی، صفحهٔ ۳

اجتماع، اشتراک و تفاضل بازه‌ها

اجتماع، اشتراک و تفاضل بازه‌ها

فرض کن دو نفر زمان‌های آزادشان را به‌صورت دو بازه روی یک محور نشان داده‌اند. برای پیدا کردن زمان‌هایی که حداقل یکی آزاد است، همهٔ قسمت‌های هر دو بازه را نگه می‌داریم؛ این همان اجتماع با نماد A∪BA\cup B است.

برای پیدا کردن زمان‌هایی که هر دو آزادند، فقط قسمت مشترک دو بازه را نگه می‌داریم؛ این می‌شود اشتراک با نماد A∩BA\cap B.

اگر زمان‌هایی را بخواهیم که نفر اول آزاد است، ولی نفر دوم آزاد نیست، از بازهٔ اول قسمت‌های متعلق به بازهٔ دوم را حذف می‌کنیم؛ این همان تفاضل با نماد A−BA-B است. پس ترتیب در تفاضل مهم است و عوض کردن جای دو مجموعه می‌تواند نتیجه را تغییر دهد.

روش کار روی محور: هر دو بازه را رسم کن، قسمت‌های لازم را نگه دار و بعد سرهای قسمت باقی‌مانده را بررسی کن. در اشتراک، یک سر فقط وقتی عضو جواب است که در هر دو مجموعه باشد؛ در تفاضل، اگر آن سر عضو مجموعهٔ دوم باشد، حذف می‌شود.

کتاب درسی، صفحهٔ ۴

متناهی یعنی تعداد مشخص

متناهی یعنی تعداد مشخص

اگر بخواهی تعداد عکس‌های ذخیره‌شده در گوشی‌ات را بگویی، جواب یک عدد حسابی است؛ حتی اگر عکس‌ها آن‌قدر زیاد باشند که شمردن دستی‌شان خسته‌کننده شود! مجموعه‌ای با این ویژگی متناهی است: تعداد اعضایش یک عدد از مجموعهٔ W={0،1،2،3،…}\mathbb{W}=\{0،1،2،3،\ldots\} است.

پس متناهی بودن به معنای «کم‌عضو بودن» نیست. مجموعهٔ دانش‌آموزان یک مدرسه و مجموعهٔ درخت‌های جنگل‌های آمازون هر دو متناهی‌اند؛ فقط تعداد اعضای یکی بسیار بیشتر است. لازم نیست همین حالا تعداد دقیق را بدانیم؛ مهم این است که تعداد اعضا یک عدد حسابی باشد.

مجموعهٔ تهی هم متناهی است. مثلاً مجموعهٔ عددهای طبیعی بین 11 و 22 هیچ عضوی ندارد؛ تعداد اعضای آن 00 است و صفر هم عددی حسابی است.

بنابراین، برای تشخیص متناهی بودن نپرس «آیا می‌توانم خودم همه را بشمارم؟»؛ بپرس «آیا تعداد اعضا یک عدد حسابی است؟»

کتاب درسی، صفحهٔ ۵

بی‌نهایت در یک فاصلهٔ کوچک

بی‌نهایت در یک فاصلهٔ کوچک

روی خط‌کش، فاصلهٔ بین 00 و 11 کوتاه است؛ اما آیا تعداد عددهای این فاصله هم کم است؟ طول یک بازه با تعداد اعضایش فرق دارد.

در بازهٔ (0,1)(0,1)، عددهای 12\frac{1}{2}، 13\frac{1}{3}، 14\frac{1}{4} و همین‌طور کسرهای 1n\frac{1}{n} برای هر عدد طبیعی n>1n>1 قرار دارند. هر تعداد از این کسرها را که بنویسی، باز هم می‌توانی با بزرگ‌تر کردن مخرج، عضو تازه‌ای پیدا کنی. پس این مجموعه نامتناهی است؛ یعنی تعداد اعضایش از هر تعداد دلخواه بیشتر است.

حالا این کسرها همگی گویا هستند. اگر مجموعهٔ اعداد گویا متناهی بود، نمی‌توانست این زیرمجموعهٔ نامتناهی را در خود جا دهد. بنابراین Q\mathbb{Q} هم نامتناهی است.

این استدلال یک قاعدهٔ کلی می‌دهد: هر مجموعه‌ای که زیرمجموعه‌ای نامتناهی داشته باشد، خودش نیز نامتناهی است. پس برای اثبات نامتناهی بودن، گاهی کافی است یک زیرمجموعهٔ نامتناهی پیدا کنی.

کتاب درسی، صفحهٔ ۵

مثال حل‌شده

اگر A=(−3،2]A=(-3،2] و B=[0،4)B=[0،4) باشند، اجتماع، اشتراک و تفاضل A−BA-B را به دست آور.

  1. روی یک محور، برای AA قسمت بین −3-3 و 22 را مشخص می‌کنیم؛ سرِ −3-3 توخالی و سرِ 22 توپر است.

  2. برای BB قسمت بین 00 و 44 را مشخص می‌کنیم؛ سرِ 00 توپر و سرِ 44 توخالی است.

  3. برای اجتماع، تمام بخش‌های پوشیده‌شده با دست‌کم یکی از دو بازه را نگه می‌داریم؛ بنابراین A∪B=(−3،4)A\cup B=(-3،4).

  4. برای اشتراک، فقط بخش مشترک را نگه می‌داریم؛ هر دو عدد 00 و 22 در هر دو مجموعه‌اند، پس A∩B=[0،2]A\cap B=[0،2].

  5. برای A−BA-B، از اعضای AA هرچه را در BB هم هست حذف می‌کنیم؛ چون 0∈B0\in B، خودِ 00 هم حذف می‌شود و A−B=(−3،0)A-B=(-3،0).

جواب: A∪B=(−3،4)A\cup B=(-3،4)، A∩B=[0،2]A\cap B=[0،2] و A−B=(−3،0)A-B=(-3،0).

نکات مهم

  • مجموعه‌های عددی رابطهٔ N⊆W⊆Z⊆Q⊆R\mathbb{N}\subseteq\mathbb{W}\subseteq\mathbb{Z}\subseteq\mathbb{Q}\subseteq\mathbb{R} دارند و اعداد حقیقی شامل اعداد گویا و گنگ‌اند.
  • در نمایش بازه، کروشه نشانهٔ حضور سرِ بازه و پرانتز نشانهٔ نبودن آن است؛ برای اجتماع، اشتراک و تفاضل نیز به‌ترتیب عضوهای دست‌کم یکی، عضوهای مشترک و عضوهای مجموعهٔ اول خارج از دومی را نگه می‌داریم.
  • تعداد اعضای مجموعهٔ متناهی یک عدد حسابی است، اما مجموعهٔ نامتناهی بیش از هر تعداد دلخواه عضو دارد و حتی می‌تواند در یک بازهٔ کوتاه جا بگیرد.

تمرین تعاملی این درس (رایگان)تمرین تعاملی این درس

درس ۲ · صفحهٔ ۸ تا ۱۴ · حدود ۱۵ دقیقه · تولید هوش مصنوعی

درس دوم: متمم یک مجموعه

در این درس یاد می‌گیری مجموعهٔ مرجع و متمم را تشخیص بدهی، رابطه‌های سادهٔ متمم را با نمودار ون توضیح بدهی و تعداد اعضای اجتماع دو مجموعه و اعضای بیرون آن را حساب کنی.

پیش از شروع

اگر تعداد اعضای تیم فوتبال کلاس را با تعداد اعضای تیم بسکتبال جمع کنیم، آیا حتماً تعداد دانش‌آموزانی به دست می‌آید که دست‌کم در یکی از این دو تیم هستند؟

نه لزوماً؛ ممکن است بعضی دانش‌آموزان عضو هر دو تیم باشند و در این جمع دو بار شمرده شوند. با مجموعه‌ها یاد می‌گیریم هر نفر را فقط یک بار بشماریم و کسانی را هم که عضو هیچ‌کدام نیستند، پیدا کنیم.

اول، محدودهٔ بحث

اول، محدودهٔ بحث

فرض کن می‌خواهیم دانش‌آموزان عضو تیم‌های ورزشی یک مدرسه را بررسی کنیم. پیش از هر چیز باید روشن کنیم دربارهٔ چه کسانی حرف می‌زنیم: دانش‌آموزان همین مدرسه، نه همهٔ ورزشکاران شهر!

این محدوده را مجموعهٔ مرجع می‌نامیم و با UU نشان می‌دهیم. همهٔ مجموعه‌هایی که در بحث به کار می‌بریم باید زیرمجموعهٔ آن باشند؛ یعنی هیچ عضوی بیرون از مرجع نداشته باشند.

اگر AA مجموعهٔ اعضای تیم فوتبال مدرسه باشد، می‌نویسیم A⊆UA \subseteq U. این عبارت یعنی هر عضو AA حتماً عضو UU هم هست؛ اما لازم نیست همهٔ اعضای UU فوتبالیست باشند.

در نمودار ون، معمولاً مرجع را با یک مستطیل نشان می‌دهیم و مجموعه‌های مورد بحث را داخل آن می‌کشیم. پس پیش از بررسی مجموعه‌ها، از خودت بپرس: «محدودهٔ این بحث چیست؟»

کتاب درسی، صفحهٔ ۸

متمم؛ چه چیزهایی بیرون مانده‌اند؟

متمم؛ چه چیزهایی بیرون مانده‌اند؟

فرض کن مجموعهٔ مرجع، همهٔ دانش‌آموزان مدرسه باشد و AA مجموعهٔ اعضای گروه سرود. متممِ AA شامل دانش‌آموزان همین مدرسه است که عضو گروه سرود نیستند؛ نه هر کسی در بیرون مدرسه!

متمم را با A′A' نشان می‌دهیم و می‌نویسیم:

A′=U−AA'=U-A

یعنی از اعضای مرجع شروع کن و اعضای AA را کنار بگذار؛ آنچه می‌ماند، متمم است.

مرجع را فراموش نکن! اگر مرجع را از «همهٔ دانش‌آموزان مدرسه» به «همهٔ دانش‌آموزان پایهٔ دهم مدرسه» تغییر دهیم و اعضای گروه سرود همگی دهمی باشند، مجموعهٔ AA همان است؛ اما برای یافتن متمم، فقط دهمی‌های بیرون گروه را در نظر می‌گیریم.

پس برای تشخیص عضویت در متمم، دو سؤال بپرس: «آیا این عضو در مرجع هست؟» و «آیا بیرون از مجموعهٔ موردنظر است؟»

کتاب درسی، صفحهٔ ۸

متمم در نمودار ون

متمم در نمودار ون

یک مستطیل برای مجموعهٔ مرجع UU و دو دایرهٔ هم‌پوشان برای AA و BB تصور کن. مثلاً مستطیل، دانش‌آموزان کلاس است؛ AA اعضای گروه سرود و BB اعضای گروه تئاترند.

بیرون اجتماع یعنی نه در گروه سرود باشی، نه در گروه تئاتر. پس باید هم در A′A' باشی و هم در B′B':

(A∪B)′=A′∩B′(A\cup B)'=A'\cap B'

اما بیرون اشتراک یعنی عضو هر دو گروه با هم نباشی؛ کافی است دست‌کم در یکی از آن‌ها نباشی. بنابراین:

(A∩B)′=A′∪B′(A\cap B)'=A'\cup B'

دقت کن: کسی که فقط عضو سرود است، بیرون اشتراک قرار دارد، ولی بیرون اجتماع نیست!

تفاضل A−BA-B هم یعنی در گروه سرود باشی، ولی در گروه تئاتر نباشی؛ پس:

A−B=A∩B′A-B=A\cap B'

دو نکتهٔ ساده هم از همین تصویر می‌فهمیم: هیچ عضوی هم‌زمان داخل و بیرون AA نیست، پس A∩A′=∅A\cap A'=\emptyset. همچنین اگر دوبار داخل و بیرون را عوض کنیم، به مجموعهٔ اول برمی‌گردیم: (A′)′=A(A')'=A.

برای به‌خاطر سپردن این رابطه‌ها، به‌جای حفظ‌کردن نمادها، جای یک دانش‌آموز را در نمودار دنبال کن.

کتاب درسی، صفحهٔ ۹

وقتی هیچ عضو مشترکی نداریم

وقتی هیچ عضو مشترکی نداریم

فرض کن برای کمک به کتابخانهٔ مدرسه، یک گروه کتاب‌ها را مرتب می‌کند و گروه دیگری برچسب می‌زند. اگر هیچ دانش‌آموزی عضو هر دو گروه نباشد، با کنار هم گذاشتن اعضای دو گروه، هیچ‌کس دوبار شمرده نمی‌شود.

به چنین مجموعه‌هایی جدا از هم یا مجزا می‌گوییم؛ یعنی اشتراکشان تهی است: A∩B=∅A\cap B=\emptyset.

نماد n(A)n(A) یعنی «تعداد اعضای مجموعهٔ AA». برای دو مجموعهٔ متناهیِ جدا از هم، کافی است تعداد اعضای آن‌ها را جمع کنیم تا تعداد اعضای اجتماع به دست بیاید:

n(A∪B)=n(A)+n(B)n(A\cup B)=n(A)+n(B)

دلیلش ساده است: اجتماع شامل همهٔ اعضای دو مجموعه است و هیچ عضو مشترکی وجود ندارد که دوباره شمرده شود. پس پیش از استفاده از این روش، از خودت بپرس: آیا این دو مجموعه واقعاً هیچ عضو مشترکی ندارند؟ متفاوت بودن نام دو گروه، به‌تنهایی کافی نیست!

کتاب درسی، صفحهٔ ۱۰

عضوهای مشترک را دوبار نشمار!

عضوهای مشترک را دوبار نشمار!

فرض کن بعضی از دانش‌آموزان کلاس هم عضو تیم فوتبال‌اند و هم عضو تیم بسکتبال. اگر تعداد اعضای دو تیم را با هم جمع کنی، این دانش‌آموزان دوبار شمرده می‌شوند؛ یک‌بار در تیم فوتبال و یک‌بار در تیم بسکتبال. اما در اجتماع، هر عضو باید فقط یک‌بار شمرده شود.

پس تعداد اعضای مشترک را یک‌بار کم می‌کنیم:

n(A∪B)=n(A)+n(B)−n(A∩B)n(A\cup B)=n(A)+n(B)-n(A\cap B)

یادت باشد «فوتبال یا بسکتبال» شامل کسانی هم می‌شود که عضو هر دو تیم‌اند؛ کم‌کردن اشتراک فقط برای اصلاح دوباره‌شماری است، نه حذف این افراد.

حالا اگر بخواهیم بدانیم چند دانش‌آموز عضو هیچ‌کدام از دو تیم نیستند، اعضای اجتماع را از کل دانش‌آموزان کلاس کم می‌کنیم. چون بیرون اجتماع، متمم آن در مجموعهٔ مرجع است:

n((A∪B)′)=n(U)−n(A∪B)n((A\cup B)')=n(U)-n(A\cup B)

پس مسیر کار این است: اول تعداد اعضای دست‌کم یکی از دو مجموعه را پیدا کن؛ سپس برای پیدا کردن اعضای بیرون هر دو، آن را از تعداد اعضای مرجع کم کن.

کتاب درسی، صفحهٔ ۱۱

مثال حل‌شده

در یک کلاس 3232 نفری، 1818 نفر عضو گروه سرود و 1414 نفر عضو گروه تئاترند؛ 66 نفر هم در هر دو گروه عضویت دارند. چند نفر عضو دست‌کم یکی از این دو گروه‌اند و چند نفر عضو هیچ‌کدام نیستند؟

  1. مجموعهٔ همهٔ دانش‌آموزان کلاس را UU، گروه سرود را AA و گروه تئاتر را BB می‌نامیم؛ پس n(U)=32n(U)=32، n(A)=18n(A)=18، n(B)=14n(B)=14 و n(A∩B)=6n(A\cap B)=6.

  2. «دست‌کم یکی» یعنی عضویت در اجتماع؛ پس باید n(A∪B)n(A\cup B) را پیدا کنیم.

  3. با جمع‌کردن تعداد اعضای دو گروه، اعضای مشترک دوبار شمرده می‌شوند؛ بنابراین یک بار تعدادشان را کم می‌کنیم: n(A∪B)=18+14−6=26n(A\cup B)=18+14-6=26.

  4. «هیچ‌کدام» یعنی بیرونِ اجتماع، نه فقط بیرونِ اشتراک؛ مجموعهٔ این دانش‌آموزان (A∪B)′(A\cup B)' است.

  5. تعداد اعضای بیرون اجتماع را از کل کلاس به دست می‌آوریم: n((A∪B)′)=32−26=6n((A\cup B)')=32-26=6.

جواب: تعداد دانش‌آموزان عضو دست‌کم یکی از دو گروه، 2626 نفر و تعداد دانش‌آموزان عضو هیچ‌کدام، 66 نفر است.

نکات مهم

  • مجموعهٔ مرجع محدودهٔ بحث است و متممِ AA فقط عضوهای مرجع را در بر می‌گیرد که در AA نیستند: A′=U−AA'=U-A.
  • در متمم‌گرفتن، اجتماع و اشتراک جای هم را می‌گیرند؛ یعنی (A∪B)′=A′∩B′(A\cup B)'=A'\cap B' و (A∩B)′=A′∪B′(A\cap B)'=A'\cup B'، و برای تفاضل نیز داریم A−B=A∩B′A-B=A\cap B'.
  • برای مجموعه‌های متناهی، n(A∪B)=n(A)+n(B)−n(A∩B)n(A\cup B)=n(A)+n(B)-n(A\cap B) و تعداد اعضای بیرون اجتماع برابر n(U)−n(A∪B)n(U)-n(A\cup B) است؛ اگر اشتراک تهی باشد، چیزی از مجموع کم نمی‌کنیم.

تمرین تعاملی این درس (رایگان)تمرین تعاملی این درس

درس ۳ · صفحهٔ ۱۴ تا ۲۷ · حدود ۱۵ دقیقه · تولید هوش مصنوعی

درس سوم: الگو و دنباله

در این درس یاد می‌گیری نظم الگوها و معنای جملهٔ عمومی را بشناسی، الگوهای خطی و غیرخطی را تشخیص بدهی و جمله‌های دنباله‌های حسابی و هندسی را با قانون مناسب پیدا کنی.

پیش از شروع

اگر در یک الگو هر بار سه چوب‌کبریت اضافه کنیم و در الگویی دیگر هر بار تعداد چوب‌کبریت‌ها دو برابر شود، آیا می‌توانیم برای پیدا کردن جمله‌های دورتر از یک قانون استفاده کنیم؟

این دو الگو هر دو منظم‌اند، اما قانون رشدشان فرق دارد: یکی با جمع کردن یک مقدار ثابت پیش می‌رود و دیگری با ضرب کردن در یک مقدار ثابت. با شناخت این تفاوت، می‌توانیم جمله‌های دورتر را بدون ساختن همهٔ مرحله‌های قبلی پیدا کنیم.

از شکل تا جملهٔ عمومی

از شکل تا جملهٔ عمومی

فرض کن با چوب‌کبریت شکل‌هایی می‌سازی و تعداد چوب‌کبریت‌های آن‌ها به‌ترتیب 55، 88 و 1111 است. اگر قانون ساخت شکل‌ها را بشناسی، لازم نیست برای پیدا کردن تعداد چوب‌کبریت‌های یک شکل دورتر، همهٔ شکل‌های قبلی را بسازی. الگو یعنی ساختاری منظم؛ این نظم می‌تواند تکرار شود یا رشد کند.

برای نام‌گذاری جمله‌ها از نماد ana_n استفاده می‌کنیم: nn شمارهٔ شکل است و ana_n تعداد چوب‌کبریت‌های همان شکل. پس a2=8a_2 = 8 یعنی شکل دوم، 88 چوب‌کبریت دارد؛ اندیس، شمارهٔ جمله است، نه چیزی که در aa ضرب شود.

اگر در شکل nnام، تعداد nn دستهٔ سه‌تایی و دو چوب‌کبریت اضافه داشته باشیم، قانون تعداد چوب‌کبریت‌ها چنین است: an=3n+2a_n = 3n + 2. به این رابطه جملهٔ عمومی می‌گوییم. مثل یک دستور کار است: شمارهٔ شکل را به‌جای nn می‌گذاری و تعداد چوب‌کبریت‌های آن را به دست می‌آوری.

کتاب درسی، صفحهٔ ۱۵

رشد با گام‌های ثابت

رشد با گام‌های ثابت

فرض کن هر هفته تعداد برابری عکس به آلبومت اضافه کنی. تعداد عکس‌ها با گام‌های ثابت تغییر می‌کند؛ در الگوی عددی هم اگر اختلاف هر جمله با جملهٔ قبلی ثابت باشد، الگو خطی است.

در الگوی 5,8,11,14,…5,8,11,14,\ldots، هر بار 33 واحد اضافه می‌شود. جملهٔ عمومی آن tn=3n+2t_n=3n+2 است؛ ضریب nn همان اندازهٔ گام‌هاست.

به‌طور کلی، در رابطهٔ tn=an+bt_n=an+b، عددهای aa و bb ثابت‌اند و اختلاف هر جمله با جملهٔ قبل برابر aa است. دقت کن که bb لزوماً جملهٔ اول نیست؛ با گذاشتن n=1n=1، جملهٔ اول برابر a+ba+b می‌شود. همچنین «خطی» به معنی افزایشی نیست؛ اگر aa منفی باشد، جمله‌ها کاهش می‌یابند.

چرا نامش خطی است؟ اگر شمارهٔ جمله را روی محور افقی و مقدار آن را روی محور عمودی بگذاری، نقطه‌های (n,tn)(n,t_n) همگی روی خط y=ax+by=ax+b قرار می‌گیرند. خود الگو فقط همین نقطه‌های مربوط به شماره‌های طبیعی را دارد، نه تمام نقطه‌های خط.

کتاب درسی، صفحهٔ ۱۶

دنباله و الگوی غیرخطی

دنباله و الگوی غیرخطی

اگر تعداد پیام‌هایی را که هر روز دریافت می‌کنی، به‌ترتیب روزها بنویسی، یک دنباله ساخته‌ای؛ حتی اگر این تعدادها هیچ نظم مشخصی نداشته باشند! پس دنباله، فهرستی مرتب از عددهاست و لازم نیست حتماً قانونی برای پیش‌بینی جمله‌هایش داشته باشیم. جای هر عدد مهم است؛ tnt_n یعنی جمله‌ای که در جایگاه nnام قرار دارد.

حالا دنبالهٔ تعداد نقطه‌های یک الگوی شکلی را در نظر بگیر:

5,12,21,32,45,…5, 12, 21, 32, 45, \ldots

قانون این دنباله tn=n2+4nt_n = n^2 + 4n است. اما داشتن قانون به‌معنای خطی بودن نیست! اختلاف جمله‌های متوالی را نگاه کن:

7,9,11,13,…7, 9, 11, 13, \ldots

این اختلاف‌ها ثابت نیستند؛ پس الگو غیرخطی است. دقت کن که اختلاف‌ها خودشان نظم دارند، ولی برای خطی بودن باید اختلاف جمله‌های خود دنباله ثابت باشد. بنابراین «غیرخطی» با «بی‌الگو» فرق دارد.

کتاب درسی، صفحهٔ ۱۹

دنبالهٔ حسابی؛ جمع ثابت

دنبالهٔ حسابی؛ جمع ثابت

فرض کن از امروز، هر روز مبلغ ثابتی به پس‌اندازت اضافه می‌کنی. مقدار پس‌اندازت در روزهای پیاپی یک دنبالهٔ حسابی می‌سازد؛ یعنی همان الگوی عددی خطی که در آن اختلاف هر دو جملهٔ متوالی ثابت است. این اختلاف ثابت را قدر نسبت می‌نامیم و با dd نشان می‌دهیم:

tn+1−tn=dt_{n+1}-t_n=d

برای پیدا کردن جمله‌ای دورتر، لازم نیست همهٔ جمله‌های قبلی را بنویسی. از جملهٔ اول تا جملهٔ دوم، یک گام داریم؛ تا جملهٔ سوم، دو گام. پس برای رسیدن از جملهٔ اول به جملهٔ nnام، باید n−1n-1 گام برداریم و هر بار dd را اضافه کنیم:

tn=t1+(n−1)dt_n=t_1+(n-1)d

حواست به تعداد فاصله‌ها باشد: تعداد گام‌ها یکی کمتر از شمارهٔ جمله است؛ چون جملهٔ اول، نقطهٔ شروع ماست، نه اولین گام!

قدر نسبت لازم نیست مثبت باشد؛ اگر d<0d<0 باشد، جمله‌ها کاهش می‌یابند و اگر d=0d=0 باشد، همهٔ جمله‌ها برابرند.

کتاب درسی، صفحهٔ ۲۱

دنبالهٔ هندسی؛ ضرب ثابت

دنبالهٔ هندسی؛ ضرب ثابت

فرض کن در هر مرحله تعداد نسخه‌های یک پیام دو برابر شود. تعداد نسخه‌ها به‌ترتیب 2,4,8,16,…2,4,8,16,\ldots خواهد بود. اینجا مقدار افزایش ثابت نیست؛ اما هر جمله از ضرب جملهٔ قبلی در عدد ثابت 22 به‌دست می‌آید.

به چنین دنباله‌ای هندسی می‌گوییم. عدد ثابتِ ضرب را با rr نشان می‌دهیم و «قدرنسبت» می‌نامیم. برای یافتن آن، یک جمله را بر جملهٔ قبلی تقسیم می‌کنیم:

r=tk+1tkr=\frac{t_{k+1}}{t_k}

این نسبت باید برای همهٔ جمله‌های متوالی یکسان باشد؛ جملهٔ اول و rr هم باید غیرصفر باشند.

از جملهٔ اول تا جملهٔ دوم، یک بار در rr ضرب می‌کنیم؛ تا جملهٔ سوم، دو بار. پس تا جملهٔ nnام، دقیقاً n−1n-1 بار ضرب داریم:

tn=t1rn−1t_n=t_1r^{n-1}

حواست به تفاوت باشد: در دنبالهٔ حسابی، عدد ثابتی را جمع می‌کنیم؛ در هندسی، در عدد ثابتی ضرب می‌کنیم. همچنین هندسی بودن الزاماً به معنی افزایش نیست؛ مثلاً با r=12r=\frac{1}{2} هر جمله نصف قبلی می‌شود.

کتاب درسی، صفحهٔ ۲۶

مثال حل‌شده

در یک دنبالهٔ حسابی، جملهٔ سوم 1414 و جملهٔ هشتم 3434 است. جملهٔ عمومی و جملهٔ دوازدهم را پیدا کن.

  1. از جملهٔ سوم تا جملهٔ هشتم، 8−3=58-3=5 گام داریم؛ در هر گام، مقدار ثابت dd اضافه می‌شود.

  2. تغییر کل برابر 34−14=2034-14=20 است؛ بنابراین 5d=205d=20 و در نتیجه d=4d=4.

  3. برای یافتن جملهٔ اول از t3=t1+2dt_3=t_1+2d استفاده می‌کنیم: 14=t1+2×414=t_1+2\times4، پس t1=6t_1=6.

  4. جملهٔ عمومی را می‌نویسیم و ساده می‌کنیم: tn=6+(n−1)4=4n+2t_n=6+(n-1)4=4n+2.

  5. شمارهٔ جملهٔ خواسته‌شده را جای‌گذاری می‌کنیم: t12=4×12+2=50t_{12}=4\times12+2=50.

جواب: جملهٔ عمومی tn=4n+2t_n=4n+2 و جملهٔ دوازدهم t12=50t_{12}=50 است.

نکات مهم

  • جملهٔ عمومی، مقدار جمله را از روی شمارهٔ آن به‌دست می‌دهد، اما هر دنباله‌ای لزوماً الگویی مشخص ندارد.
  • الگوی عددی خطی همان دنبالهٔ حسابی است که اختلاف ثابت dd و رابطهٔ tn=t1+(n−1)dt_n=t_1+(n-1)d دارد؛ در الگوی غیرخطی اختلاف جمله‌های متوالی ثابت نیست.
  • در دنبالهٔ هندسی، هر جمله از ضرب جملهٔ قبلی در عدد ثابت rr به‌دست می‌آید و رابطهٔ tn=t1rn−1t_n=t_1r^{n-1} با شرط t1≠0t_1\ne0 و r≠0r\ne0 برقرار است.

تمرین تعاملی این درس (رایگان)تمرین تعاملی این درس

حالا خودت را بسنج: نمونه سوال این فصل با جواب (فصل ۱ ریاضی دهم)

درس‌های فصل ۱ را تعاملی بخوان

در پنل یادگیری 1xAi هر کدام از این درس‌ها قدم به قدم پیش می‌رود: بعد از هر بخش یک سوال کوتاه، بعد مثال حل‌شده و در پایان برگهٔ خروج. جوابت ثبت می‌شود و سوال‌های هر درس در روزهای بعد برای مرور برمی‌گردند. درس‌های تعاملی رایگان‌اند؛ فقط تصحیح پاسخ کوتاه سهمیهٔ روزانهٔ رایگان دارد.

ساختن حساب رایگان است و بعد از ثبت‌نام مستقیم به همین بخش از پنل برمی‌گردی.

فصل ۱ ریاضی دهم · رایگان