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MATU • Algebra
MATU_PROG_122
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Enunciado
Problema 285.
La suma de los términos de una progresión geométrica decreciente indefinidamente es igual a 3 y la suma de los cubos de todos los términos es igual a $108/13$. Escribir la progresión.
La suma de los términos de una progresión geométrica decreciente indefinidamente es igual a 3 y la suma de los cubos de todos los términos es igual a $108/13$. Escribir la progresión.
Solución Paso a Paso
1. Datos y fórmulas fundamentales:
2. Sustitución y desarrollo:
Sustituimos el valor de $a$ de la Ecuación 1 en la Ecuación 2:
$$ \frac{[3(1-r)]^3}{1-r^3} = \frac{108}{13} $$
$$ \frac{27(1-r)^3}{(1-r)(1+r+r^2)} = \frac{108}{13} $$
Simplificamos $(1-r)$:
$$ \frac{27(1-r)^2}{1+r+r^2} = \frac{108}{13} $$
Dividimos ambos lados por 27 ($\frac{108}{27} = 4$):
$$ \frac{(1-r)^2}{1+r+r^2} = \frac{4}{13} $$
3. Resolución de la ecuación para $r$:
Multiplicamos en cruz:
$$ 13(1 - 2r + r^2) = 4(1 + r + r^2) $$
$$ 13 - 26r + 13r^2 = 4 + 4r + 4r^2 $$
$$ 9r^2 - 30r + 9 = 0 $$
Dividimos entre 3:
$$ 3r^2 - 10r + 3 = 0 $$
Factorizando:
$$ (3r - 1)(r - 3) = 0 $$
Obtenemos $r_1 = \frac{1}{3}$ y $r_2 = 3$. Como la progresión es decreciente e indefinida, $|r| < 1$, por lo tanto $r = \frac{1}{3}$.
4. Cálculo del primer término ($a$):
$$ a = 3(1 - 1/3) = 3(2/3) = 2 $$
Construcción de la progresión:
$$ \begin{array}{l} a_1 = 2 \\ a_2 = 2 \cdot (1/3) = 2/3 \\ a_3 = 2/3 \cdot (1/3) = 2/9 \end{array} $$
Resultado:
$$ \boxed{2; 2/3; 2/9; \dots} $$
- Suma infinita: $S = \frac{a}{1-r} = 3 \implies a = 3(1-r)$ (Ecuación 1).
- Serie de cubos: $a^3, (ar)^3, (ar^2)^3, \dots \implies a^3, a^3r^3, a^3r^6, \dots$
- Suma de los cubos: $S_{cub} = \frac{a^3}{1-r^3} = \frac{108}{13}$ (Ecuación 2).
2. Sustitución y desarrollo:
Sustituimos el valor de $a$ de la Ecuación 1 en la Ecuación 2:
$$ \frac{[3(1-r)]^3}{1-r^3} = \frac{108}{13} $$
$$ \frac{27(1-r)^3}{(1-r)(1+r+r^2)} = \frac{108}{13} $$
Simplificamos $(1-r)$:
$$ \frac{27(1-r)^2}{1+r+r^2} = \frac{108}{13} $$
Dividimos ambos lados por 27 ($\frac{108}{27} = 4$):
$$ \frac{(1-r)^2}{1+r+r^2} = \frac{4}{13} $$
3. Resolución de la ecuación para $r$:
Multiplicamos en cruz:
$$ 13(1 - 2r + r^2) = 4(1 + r + r^2) $$
$$ 13 - 26r + 13r^2 = 4 + 4r + 4r^2 $$
$$ 9r^2 - 30r + 9 = 0 $$
Dividimos entre 3:
$$ 3r^2 - 10r + 3 = 0 $$
Factorizando:
$$ (3r - 1)(r - 3) = 0 $$
Obtenemos $r_1 = \frac{1}{3}$ y $r_2 = 3$. Como la progresión es decreciente e indefinida, $|r| < 1$, por lo tanto $r = \frac{1}{3}$.
4. Cálculo del primer término ($a$):
$$ a = 3(1 - 1/3) = 3(2/3) = 2 $$
Construcción de la progresión:
$$ \begin{array}{l} a_1 = 2 \\ a_2 = 2 \cdot (1/3) = 2/3 \\ a_3 = 2/3 \cdot (1/3) = 2/9 \end{array} $$
Resultado:
$$ \boxed{2; 2/3; 2/9; \dots} $$