تجاوز إلى المحتوى الرئيسي

تدخر مبلغًا في صندوق كل شهر وتزيد فيه نفس المقدار، أو تنزل درجات سلم كل درجة منها أخفض من سابقتها بالارتفاع نفسه، أو تعد أيامًا متتابعة: كل هذه أمثلة على المتتالية الحسابية، حيث ننتقل من حد إلى الذي يليه بإضافة عدد ثابت. وهي أول متتالية خاصة يدرسها التلميذ في وحدة المتتاليات العددية في السنة الثالثة ثانوي، وقد قال الأستاذ عبد الباسط إن المتتاليتين الحسابية والهندسية هما الركيزتان الأساسيتان في الوحدة، فإذا فهمت الحسابية سهلت عليك الهندسية في تمارين البكالوريا. تعرض هذه الصفحة التعريف، ثم الحد العام، ثم الخواص، ثم المجموع، ثم اتجاه التغير، ثم تمرينًا من البكالوريا، وتنتهي بأخطاء شائعة وتمارين.

التعريف

نقول إن المتتالية ⁦(u_n)⁩ حسابية إذا وجد عدد حقيقي ⁦r⁩ بحيث لكل عدد طبيعي ⁦n⁩:

⁦u_(n+1) = u_n + r⁩

والعدد ⁦r⁩ يسمى أساس المتتالية. ويعني أن الفرق بين أي حد والحد السابق ثابت: ⁦u_(n+1) - u_n = r⁩.

مثال: المتتالية ⁦3 ; 7 ; 11 ; 15 ; ...⁩ حسابية أساسها ⁦4⁩.

وللبرهان على أن متتالية حسابية نحسب الفرق ⁦u_(n+1) - u_n⁩ ونبين أنه عدد ثابت لا يتعلق بـ ⁦n⁩.

الحد العام

إذا كانت ⁦(u_n)⁩ حسابية أساسها ⁦r⁩ وحدها الأول ⁦u_0⁩، فإن:

⁦u_n = u_0 + n r⁩

وبصفة عامة، لكل عددين طبيعيين ⁦n⁩ و ⁦p⁩:

⁦u_n = u_p + (n - p) r⁩

مثال: ⁦u_0 = 3⁩ و ⁦r = 4⁩، فإن ⁦u_10 = 3 + 10 × 4 = 43⁩.

خاصية ثلاثة حدود متتابعة

ثلاثة أعداد ⁦a⁩ و ⁦b⁩ و ⁦c⁩ تشكل بهذا الترتيب حدودًا متتابعة لمتتالية حسابية إذا وفقط إذا كان ⁦b⁩ هو المتوسط الحسابي لـ ⁦a⁩ و ⁦c⁩:

⁦2b = a + c⁩

مثال: إذا كانت ⁦5 ; x ; 17⁩ حسابية فإن ⁦2x = 22⁩ أي ⁦x = 11⁩.

مجموع حدود متتابعة

مجموع ⁦k⁩ حدًا متتابعًا من متتالية حسابية يساوي:

⁦S = k × (u_p + u_n) / 2⁩

أي عدد الحدود ⁦k⁩ مضروبًا في نصف مجموع الحد الأول ⁦u_p⁩ والحد الأخير ⁦u_n⁩.

وعدد الحدود من ⁦u_p⁩ إلى ⁦u_n⁩ هو ⁦n - p + 1⁩.

مثال: مجموع الحدود الأحد عشر الأولى (من ⁦u_0⁩ إلى ⁦u_10⁩) في المثال السابق:

⁦S = 11 × (3 + 43) / 2 = 11 × 23 = 253⁩.

حالة خاصة مشهورة: ⁦1 + 2 + 3 + ... + n = n(n + 1) / 2⁩، وهي مجموع حدود متتالية حسابية أساسها ⁦1⁩.

اتجاه التغير

إشارة الأساس ⁦r⁩ تحدد اتجاه تغير المتتالية الحسابية:

  • إذا كان ⁦r⁩ أكبر من ⁦0⁩ فالمتتالية متزايدة تمامًا.
  • إذا كان ⁦r⁩ أصغر من ⁦0⁩ فالمتتالية متناقصة تمامًا.
  • إذا كان ⁦r = 0⁩ فالمتتالية ثابتة.

وتتعلق نهايتها بـ ⁦r⁩ كذلك: إذا كان ⁦r⁩ موجبًا فهي تؤول إلى ⁦+∞⁩، وإذا كان سالبًا فتؤول إلى ⁦-∞⁩، وإذا كان معدومًا فهي ثابتة.

مثال: ⁦u_n = 5 - 2n⁩ متتالية حسابية لأن ⁦u_(n+1) - u_n = -2⁩ ثابت، أساسها ⁦-2⁩، متناقصة تمامًا.

تمرين من البكالوريا

المتتالية ⁦(u_n)⁩ معرفة بـ ⁦u_0 = 2⁩ ولكل ⁦n⁩: ⁦u_(n+1) = u_n + 3⁩.

1. بين أن ⁦(u_n)⁩ حسابية.

⁦u_(n+1) - u_n = 3⁩ ثابت، إذن حسابية أساسها ⁦r = 3⁩ وحدها الأول ⁦u_0 = 2⁩.

2. اكتب ⁦u_n⁩ بدلالة ⁦n⁩.

⁦u_n = 2 + 3n⁩.

3. احسب ⁦u_20⁩.

⁦u_20 = 2 + 60 = 62⁩.

4. احسب ⁦S = u_0 + u_1 + ... + u_20⁩.

عدد الحدود ⁦21⁩. ⁦S = 21 × (2 + 62) / 2 = 21 × 32 = 672⁩.

5. هل العدد ⁦101⁩ حد من حدود المتتالية؟

نحل ⁦2 + 3n = 101⁩ فـ ⁦n = 33⁩، وهو عدد طبيعي، إذن ⁦101 = u_33⁩.

6. هل العدد ⁦100⁩ حد؟

⁦2 + 3n = 100⁩ فـ ⁦n = 98 / 3⁩، وهو ليس عددًا طبيعيًا، إذن ⁦100⁩ ليس حدًا.

ربط المتتالية الحسابية بالهندسية

في تمارين البكالوريا قد تطلب متتالية حسابية ناتجة عن لوغاريتم متتالية هندسية: إذا كانت ⁦(v_n)⁩ هندسية حدودها موجبة وأساسها ⁦q⁩، فإن ⁦(ln v_n)⁩ حسابية أساسها ⁦ln q⁩. لأن ⁦ln v_(n+1) = ln(q v_n) = ln q + ln v_n⁩.

أخطاء شائعة

  • الخلط بين الأساس الحسابي ⁦r⁩ (فرق) والهندسي ⁦q⁩ (نسبة).
  • عد الحدود في المجموع خطأ، والصحيح ⁦n - p + 1⁩.
  • نسيان أن الصيغة ⁦u_n = u_0 + n r⁩ تفترض أن البداية من ⁦u_0⁩. فإذا بدأت المتتالية من ⁦u_1⁩ كان ⁦u_n = u_1 + (n - 1) r⁩.
  • الاستنتاج أن المتتالية حسابية من حدين أو ثلاثة أحدادها فقط، ولا بد من البرهان العام.
  • الخطأ في إشارة الأساس عند تحديد الاتجاه.
  • نسيان تبرير أن ⁦n⁩ عدد طبيعي عند البحث عن رتبة حد.

تمارين للتدرب

  1. متتالية حسابية فيها ⁦u_0 = 10⁩ و ⁦u_5 = 25⁩. أوجد الأساس.
  2. احسب مجموع الأعداد الفردية من ⁦1⁩ إلى ⁦99⁩.
  3. هل المتتالية ⁦u_n = n² + 1⁩ حسابية؟

الحلول:

  1. ⁦u_5 = u_0 + 5r⁩ فـ ⁦25 = 10 + 5r⁩ أي ⁦r = 3⁩.
  2. حدودها ⁦1 ; 3 ; ... ; 99⁩ حسابية أساسها ⁦2⁩، وعدد حدودها ⁦50⁩، فالمجموع ⁦50 × (1 + 99) / 2 = 2500⁩.
  3. لا، لأن ⁦u_(n+1) - u_n = 2n + 1⁩ يتعلق بـ ⁦n⁩.

الشرح المصوّر

لمن يفضل المتابعة بالصوت والصورة، يقدم الأستاذ عبد الباسط في فيديو «المتتالية الحسابية مع تمرين من الباكالوريا، المتتاليات الدرس 04» هذا الدرس في نحو ثلاث وثلاثين دقيقة، وهو الدرس الرابع في وحدة المتتاليات، ويقول إن المتتاليتين الحسابية والهندسية هما الركيزتان الأساسيتان، ثم يطبق القواعد على تمرين من البكالوريا.

آخر تعديل: 2026.10.22 - 21:15