Anna, Tom, a Petr řešili následující úlohu:
Jsou dány tři po sobě jdoucí členy aritmetické posloupnosti $(a_n )$: $$x,~y-4~,y.$$ Součet těchto výrazů je roven $6$. Vypočítejte členy této posloupnosti.
Tom použil vzorec pro součet členů aritmetické posloupnosti $$ S_n=\frac{n}{2} (a_1+a_n ), $$ kde $n$ je počet členů, $a_1$ je první člen posloupnosti a $a_n$ je poslední člen hledaného součtu. Tom dále věděl, že pokud $x$, $y-4$, $y$ jsou tři po sobě jdoucí členy aritmetické posloupnosti, pak platí $$ y-4=\frac{x+y}{2} $$ a tak vyřešil soustavu rovnic $$ \begin{gather} 6=\frac{3}{2} (x+y) \cr 2y-8=x+y \end{gather} $$ a získal řešení: $x=2$ a $y=4$. Členy posloupnosti jsou tedy $$ 2,~0,~4. $$
Petr si všiml, že třetí člen posloupnosti je větší než druhý člen o $4$, což znamená, že diference posloupnosti $d=4$.
Vyjádřil první člen posloupnosti: $$ x=y-4-4 $$ a pak použil vzorec pro součet členů aritmetické posloupnosti $$ S_n=\frac{n}{2} (2a_1+(n-1)d) $$ kde $n$ je počet členů, $a_1$ je první člen a $d$ je diference posloupnosti.
Pokračoval takto: $$ \begin{gather} 6=\frac{3}{2} (2(y-8)+2 \cdot 4) \cr y=6. \end{gather} $$ Jednotlivé členy posloupnosti jsou $$ -2,~2,~6. $$
Anna uvažovala takto:
$$
\begin{gather}
x+y-4+y=6 \cr
x=10-2y.
\end{gather}
$$
Pokud by se jednalo o aritmetickou posloupnost musí platit:
$$
\frac{y-4}{x}=\frac{y}{y-4}.
$$
Za $x$ dosadila $10-2y$ a v rovnici se zbavila zlomků:
$$y^2-8=(10-2y)y.$$
Nakonec takto získanou rovnici převedla do tvaru kvadratické rovnice, kterou vyřešila:
$$
\begin{gather}
3y^2-10y-8=0 \cr
y_{1,2}=\frac{10\pm \sqrt{10^2-4 \cdot 3 \cdot (-8) }}{6} \cr
y_{1,2}=\frac{10\pm \sqrt{196}}{6} \cr
y_1=4 \mathrm{~a~} y_2=-\frac{2}{3}.
\end{gather}
$$
Pro $y=4$ jsou členy posloupnosti $2,~0,~4$.
Pro $y=-\frac{2}{3}$ se jedná o tyto členy: $\frac{34}{3},~-\frac{14}{3},~-\frac{2}{3}$.
Který z nich postupoval při řešení správně?
Petr
Tom
Anna
Žádný z nich
Součet prvních $n$ členů aritmetické posloupnosti lze vypočítat jedním ze dvou vzorců: $$ S_n=\frac{n}{2} (a_1+a_n ) $$ nebo $$ S_n=\frac{n}{2} (2a_1+(n-1)d), $$ kde $n$ je počet členů součtu, $a_1$ je její první člen, $a_n$ je poslední člen a $d$ diference posloupnosti. Dosazením za $$ a_n=a_1+(n-1)d $$ dostaneme z prvního vzorce ten druhý.