📚 Tartalomjegyzék
- Mértani sorozat definíciói
- Mértani sorozat n-edik tagjának kiszámítása
- Egyszerű példák mértani sorozatokra
- Mértani sorozat összegképlete és bizonyítása
- Egy bónusz összefüggés
- Hol alkalmazzuk a mértani sorozatokat a gyakorlatban?
Mértani sorozat definíciói
A definíciónak többféle megfogalmazása létezik. Mindegyik más szemszögből írja le, hogy viszonyulnak a sorozat tagjai egymáshoz, hogyan kapjuk meg az egyikből a másikat. A sorozat n-edik tagját jelöljük an-el. Például a23 jelöli egy sorozat 23. elemét. Az első elemnél nem mindig írjuk ki alsó indexbe az 1-est.
A szorzótényezőt idegen szóval kvóciensnek nevezzük. A leggyakrabban használ jelölései az “r” és a “q”. Ez a deffiníció az alábbi összefüggést írja le a sorozat tagjai között:
![{\Large \boldsymbol{a_{n} \cdot r = a_{n+1} }} , \\[0.5em] {\Large \boldsymbol{ \frac{a_{n+1}}{r} = a_{n}}}](https://s0.wp.com/latex.php?latex=+%7B%5CLarge+%5Cboldsymbol%7Ba_%7Bn%7D+%5Ccdot+r+%3D+a_%7Bn%2B1%7D+%7D%7D+%2C+%5C%5C%5B0.5em%5D+%7B%5CLarge+%5Cboldsymbol%7B+%5Cfrac%7Ba_%7Bn%2B1%7D%7D%7Br%7D+%3D+a_%7Bn%7D%7D%7D+&bg=ffffff&fg=111111&s=0&c=20201002)
Például egy olyan mértani sorozat esetén, ahol a szorzótényező 3 (r=3), azaz a sorozat minden tagja az előző tag 3-szorosa, az alábbi áll fenn, ha a kezdőtag 1:

Ez a hányados ugyanaz, mint az előző deffiníciónál említett szorzótényező, és valójában ez a definíció következik a már ismertetett képlet átrendezéséből:

Vegyük példának ismételten az r=3 szorzótényezőjű és 1 kezdőtagú sorozatot. Ez a képlet és definíció nem állít mást, minthogy vesszük bármelyik tagot, legyen ez most a 7. tag (729), és az előző tagot, ami a 6. tag (243), akkor ha ezeket elosztom egymással a sorozat szorzótényezőjét, azaz 3-at fogok kapni.

De ugye ez is pontosan azt jelenti, hogy minden tag az előző tag 3-szorosa. Lényegében nem csináltunk mást, csak az előző definícióban alkalmazott képletet átrendeztük, és szavakkal leírtuk, hogy így mit jelent.
Ha:
- „1-nél nagyobb” – ekkor növekvő a sorozat.
- „1” – ekkor minden tag ugyanaz, sok értelme nincs.
- „0 és 1 közötti szám” – ekkor csökkenő sorozatról beszélünk.
- „Negatív egész szám” – a sorozat váltakozó előjelű lesz.
- „Pozitív vagy negatív tört szám” – csökkenő vagy váltakozó előjelű csökkenő sorozat jellemzi.
- „Irracionális szám” – matematikailag értelmezett.
Mértani sorozat n-edik tagjának kiszámítása
A mértani sorozat egyes elemeit többféleképpen is kiszámíthatjuk, attól függően, hogy melyik ismert taghoz viszonyítunk. Valójában mindegyik módszer ugyanoda vezet, csak más megközelítést alkalmaz — éppen ezért könnyű elveszni közöttük. Érdemes tehát egy helyen összefoglalni a leggyakoribb képleteket, és egyesével, példákon keresztül végigvenni őket.
Hibalehetőség: A mértani sorozat első tagját nem előzi meg másik tag, ezért az első tag még nem “tartalmazza” a szorzótényezőt! Emiatt van az, hogy az n-edik tagot számolva a szorzótényezőt csak (n − 1) alkalommal kell felhasználni, s szerepeltetni a képletben.
Az első taghoz viszonyítva:

Ezzel találkozhatunk a leggyakrabban cikkekben vagy tankönyvekben.
Nem történik más, minthogy az első tagot megszorzom a szorzótényező 1-el kevesebb hatványával, mint ahányadik tagot keresem.
Azért az eggyel csökkentett kitevő szerepel, mert az a₁ nem tartalmazza a szorzótényezőt — az csak a második tagtól kezdve jelenik meg.
Például:
Sorozat: 1,
2,
4,
8,
16,
32,
64 (r = 2, a₁ = 1)
Az előző taghoz viszonyítva:

Ennél a módszernél minden egyes tagot az előző tag ismeretében tudunk kiszámítani.
Egyszerűen csak megszorozzuk az előző tagot a szorzótényezővel r.
Ez a módszer különösen jól jön, ha nem ismerjük az első tagot.
Például:
Sorozat: 1,
2,
4,
8,
16,
32,
64 (r = 2)
A következő taghoz viszonyítva:

Ebben az esetben a korábbi tagot számítjuk ki egy ismert későbbi tagból.
Elég, ha tudjuk a sorozat valamelyik tagját és a szorzótényezőt, és egyszerű osztással visszaléphetünk az előző taghoz. Ez a képlet sem követeli meg tehát az első tag ismeretét.
Ez akkor hasznos, ha visszafelé akarjuk rekonstruálni a sorozatot.
Például:
Sorozat: 1,
2,
4,
8,
16,
32,
64 (r = 2)
Bármely másik taghoz viszonyítva:

Ez alapján a képlet alapján bármely ismert tagból kiszámíthatunk egy másikat, természetesen csak akkor, ha ismerjük a szorzótényezőt is.
A képletben: ak az ismert tag, k az indexe, n pedig a kiszámolandó tag indexe (azaz hogy hányadik tag a sorozatban). Az (n − k) különbség adja meg, hány „lépésnyi” szorzót kell alkalmazni, s ez valójában a két tag “távolsága” lesz a sorozatban.
Például:
Sorozat: 1,
2,
4,
8,
16,
32,
64 (r = 2)
Egyszerű példák mértani sorozatokra
A szorzótényező, mint a példában is, lehet 1-nél kisebb.
Figyeljük meg, hogy bár az utolsó példában a sorozat kezdőeleme nem 1 volt, hanem az 5, a sorozat képlete és tulajdonsága sem változott a második példához képest. Nyilván nem is változhatott, hiszen ha azt mondom, hogy egy mértani sorozat szorzótényezője 3, akkor az minden körülmények között azt jelenti definíció szerint, hogy a sorozat bármely tagja az előző tag háromszorosa, függetlenül a kezdőértéktől.
Negatív szorzótényező esetén a sorozat váltakozó előjelű lesz.
Mértani sorozat összegképlete és bizonyítása
A mértani sorozat első n tagjának összegét leíró képlet elemzésével és intuitív magyarázatával külön cikkben foglalkoztam, melyet itt találsz. Ha van időd, kérlek olvasd el és véleményezd, mert ezek azok a magyarázatok, amik a blog értelmét adnák.
A mértani sorozat első n tagjának összegét leíró képletnek több változata is van attól függően, hogy lett rendezve a képlet, ezenfelül a szorzótényezőt rövidíthetik “r” helyett “q”-val is, de mindegyik képlet ekvivalens. Az itt felsorolásra került képletek közül számomra a 3.-nak van nagy jelentősége, pedig az a legkevesebbet használt, mert azalapján érthető meg legkönyebben, miért is működik az összegképlet.
Ahol: a1→sorozat első tagja, r→szorzótényező, a1rn→ a sorozat n+1-edik tagja, Sn→a tagok összege az n-edik tagig
1. lépés:
A mértani sorozat első n tagjának összegét felírjuk a tagok összegeként, az egyes tagokat pedig a kezdőelem (a1) és a szorzótényező (r) függvényében fejezzük ki:
Az utolsó tag természetesen az n-edik tag lesz. Figyeljünk, hogy mivel az első tag nem “tartalmazza” a szorzótényezőt, ezáltal az n-edik tag eggyel kevesebbszer, n-1-szer fogja “tartalmazni”.
2. lépés:
Második lépésként szorozzuk meg az egyenlet mindkét oldalát az “r” szorzótényezővel. Kapjuk, hogy:
Mi is történt az egyenlet jobb oldalán: Minden egyes tagot egyesével kellett megszorozni az “r” szorzótényezővel. Ez lényegében azt eredményezte, hogy a sorozat tagjai “1-el arrébb csúsztak jobbra”. Minden tag a következő tag lett. Ennek következményeként kiesett az első tag (a1), és az utolsó tag (a1·rn) valójában a sorozat egyel nagyobb tagja lett, mint ameddig kíváncsiak vagyunk a tagok összegére.
3. lépés:
Harmadik lépésként összehasonlítjuk a két sorozatot, és elemezzük a kettő közti különbséget, amit lényegében az előző bekezdésben is megtettünk már.
– Az első lépésben felírt Sn összegképletben van egy extra a1-ünk, amit nem tartalmaz az r·Sn összegképlet.
– Viszont a második lépésben felírt r·Sn összegképlet tartalmazza a sorozat összeadandó része utáni tagot, amit viszont az Sn nem tartalmazott. (a1·rn).
Ezt a viszonyt tudjuk az alábbi képlettel kifejezni:
4. lépés:
Negyedik lépésként emeljünk ki a bal oldalon a képletben Sn-t, jobb oldalon pedig a1-et:
5. lépés:
Igazándiból meg is kaptuk a képletet, csak rendeznünk kell az egyenletet.
Osszuk le mindkét oldalt (r-1)-el.
Kapjuk, hogy:
És ezt is akartuk bizonyítani.
Megjegyzés: Második lépésnél kivonhattuk volna fordítva is: “Sn-r·Sn“, a lényegen nem változtatott volna, csupán a bizonyítás előtt ismertetett 3 féle felírás közül az első kaptuk volna vissza rendezés után.
Egy bónusz összefüggés
Ez a rész kicsit kakukktojás, és csak gondolatébresztőnek szánom, hogy milyen sok szempontból is lehet megvizsgálni egy mértani sorozat tagjainak egymáshoz való viszonyát. Hasznos lesz az alábbiak végiggondolása a mértani sor összegképletének megértésekor is. Az összegképlet intuitív magyarázatával külön cikkben foglalkoztam, melyet ide kattinttva érsz el.
A mértani sorozat első n tagjának összegképlete (a sárgával kiemelt rész miatt fontos az itt bemutatandó tulajdonság):
Ez az alapvető tulajdonság pedig, hogy mértani sorozatoknál bármely tag és az előző tag különbsége az az előző tag r-1-szerese, azaz a szorzótényező 1-el csökkentett többszöröse, vagyis:
“r-1”, azaz a szorzótényező 1-el csökkentett értéke jelenik meg az első n tag összegét kiszámító képlet hányadosában.
Nézzünk egy konkrét példát. Vizsgáljuk az r=3 szorzótényezőjű és 1 kezdőtagú sorozat 4. és 5. elemét, mely nem más mint 27 és 81. Az alapvető tulajdonság az alábbi összefüggésre világít rá:
Hol alkalmazzuk a mértani sorozatokat a gyakorlatban?
Pénzügyek-Kamatos kamat
A pénzügyeinknek szerves részét képezik a mértani sorozatok, de sokszor rá sem jövünk, hogy amikor kamatos kamatról van szó, akár lekötött pénz kamatozásakor, akkor bizony mértani sorozatokat elemzünk. Jól jön tehát a mértani sorozat n-edik tagjának kiszámítására vonatkozó ismeret, amennyiben valaki ki szeretné számolni például, hogy a lekötött pénze fejében mennyit tud majd kivenni a bankból a futamidő végén (az egyszerűség kedvéért most kezelési költséggel és egyéb rejtet költségekkel nem számolunk).
Tegyük fel, hogy betesz valaki a bankba évi 6%-os kamattal 100.000 forintot 10 évre.
Először a 6%-ot kell átalakítanunk szorzótényezővé. Hogy a 100.000 forint éves alapon 6%-al gyarapodik, azt így tudjuk felírni:

6% kamatnövekmény → 6.000 Ft kamat
Az első év végére tahát 106.000 forintunk lesz, ami 6000 forint kamatot jelent.
Következő évben viszont már ez a 106.000 forint fog kamatozni, ez fog növekedni 6%-al. Ezt az alábbiak szerint tudjuk felírni:

A kamat összege már 6.360 Ft, mert a kamat is kamatozik.
112.360 forint van tehát a 2. év végén, ami azt jelenti, hogy ebben az évben már 6360 forint volt a kamat, mert az előző évben keletkezett kamat is kamatozott. Innen ered hát a kifejezés, hogy kamatos kamat.
A mégtovább növelt összeg kiszámítási képletét át tudjuk alakítani, ha a 106.000 forint helyére behelyettesítjük azt a képletet, ahogy az előző évben kiszámoltuk ezt az összeget.

Már látszik, hogy mértani sor alakja kezd kialakulni.
És akkor ilyen lépésenként el tudnánk jutni a 10. évig. Az a kérdés, hogy nem tudnánk-e leegyszerűsíteni a képletet valahogy és feleslegessé tenni a minden évben való kiszámolást, ha kizárólag a futamidő végén rendelkezésre álló pénzösszegre vagyunk kíváncsiak? Bizony lehet egyszerűsíteni!

Mértani sor tulajdonságai: r = 1,06; kezdőtag a1 = 100.000
Figyelem: Mivel a kezdőtag a 0. évben volt, de a sorozatnak az 1. tagja, így a tizedik év végén levő pénzösszeg valójában a sorozat 11 . tagja lesz!
Számoljuk hát ki az n-edik tag képlete alapján:

Ekkorra a tőke közel megduplázódik.
A 10. év végén az egyéb költségeket figyelmen kívül hagyva tehát 179.084 forintot vehetek ki a bankból.
Ez ugyan soknak tűnik, és a kiinduló pénzünkhöz képest az is, sajnos azonban az infláció folyamatosan munkálkodott 10 éven keresztül a háttérben. Bizonyos gazdasági környezetben tehát teljesen valószerű (sajnos a cikk írásának pillanatában is ez a helyzet), hogy ez a pénzzünk kevesebbet ér, mint 10 éve a 100.000 forint.
Matematika-Fraktálok
A “fraktál” szó a matematikában használt fogalom, ami egy önmásolódó geometriai mintát vagy alakzatot jelent. A fraktálok olyan struktúrák, amelyek részei vagy önmagukhoz hasonlóak, vagy az egész struktúrától elkülönítve is ugyanolyan mintázatot mutatnak. Gyakorlatilag a fraktálokat sokkal könyebb szemléltetni, semmint definícióval leírni, hogy mik is azok.
Egy példa a fraktálokra a Koch-görbe. A görbét úgy állíthatjuk elő, hogy egy szabályos háromszög oldalait elharmadoljuk, majd a középső harmadára ismét egy szabályos háromszöget rajzolunk. Az alábbi ábra azt mutatja be, hogyan alakul át a Koch görbe egy újabb iteráció során:

A Koch-görbe különböző iterációi láthatóak a következő képen:

| 0. iteráció | 1. iteráció | 2. iteráció | 3. iteráció | 4. iteráció |
| 3 oldal | 12 oldal | 48 oldal | 192 oldal | 768 oldal |
| 3 | 3·4 | 3·4·4 | 3·4·4·4 | 3·4·4·4·4 |
Az egyes iterációk során kapott oldalak száma, de még a síkidomok kerületének változása is leírható mértani sorozattal.
Az oldalak számát leíró mértani sorozat:
A Koch-görbe szerkesztése során az alábbit tesszük:
- Kiindulásként egy egyenlő oldalú háromszöget használunk, tehát az első iteráció előtt 3 oldal van (ez a 0. iteráció).
- Minden egyes oldalt felosztunk 3 részre, és a középső harmad helyére két oldal kerül, tehát 1 oldal → 4 oldal.
- Ezért minden iterációban az oldalak száma négyszereződik.
Az így kapott mértani sorozat n-edik tagjának kiszámítása:
A kerület változását leíró mértani sorozat:
A kerületeket megadó mértani sorozatot már egy kicsit nehezebb leírni. Gondoljuk végig az alábbiakat:
1. Az oldalak négyszereződnek minden iterációval.
2. A kerület nem fog négyszereződni, mert az oldalak kisebbek lesznek.
3. Mennyivel lesznek kisebbek? Harmadakkorák lesznek minden iterációval.
4. Tehát, hogyha tudom bármely Koch-görbe kerületét, akkor azt csupán meg kell szoroznom 4-el, majd osztanom 3-al ahhoz, hogy megkapjam a következő Koch-görbe kerületét.
Nyilván, ha a kezdőtag kerületét tudom, akkor a 4/3-al szorzást annyiszor kell elvégeznem, ahányadik iteráció kerületére kíváncsi vagyok. Vagyis a kezdőtag ismeretében az n+1-edik Koch-görbe kerülete (a kezdőtagom a háromszög, melynek minden oldalát egy egységnek veszem), azaz a kezdősíkidomom kerülete 3 egység:
One thought on “Mértani sorozat teljes útmutató: képletek, példák, bizonyítás és alkalmazás a gyakorlatban”