Giải bài 54 trang 57 sách bài tập toán 11 - Cánh diều — Không quảng cáo

Đề bài

Cho dãy số $\left( {{u_n}} \right)$ biết ${u_n} = \cos \left[ {\left( {2n + 1} \right)\frac{\pi }{6}} \right]$

a)    Viết sáu số hạng đầu của dãy số.

b)    Chứng minh rằng ${u_{n + 6}} = {u_n}$ với mọi $n \ge 1$

c)     Tính tổng 27 số hạng đầu của dãy số.

Lời giải chi tiết

a) Ta có:

${u_1} = \cos \left[ {\left( {2.1 + 1} \right)\frac{\pi }{6}} \right] = \cos \left( {3\frac{\pi }{6}} \right) = \cos \frac{\pi }{2} = 0$

${u_2} = \cos \left[ {\left( {2.2 + 1} \right)\frac{\pi }{6}} \right] = \cos \left( {5\frac{\pi }{6}} \right) =  - \frac{{\sqrt 3 }}{2}$

${u_3} = \cos \left[ {\left( {2.3 + 1} \right)\frac{\pi }{6}} \right] = \cos \left( {7\frac{\pi }{6}} \right) =  - \frac{{\sqrt 3 }}{2}$

${u_4} = \cos \left[ {\left( {2.4 + 1} \right)\frac{\pi }{6}} \right] = \cos \left( {9\frac{\pi }{6}} \right) = \cos \frac{{3\pi }}{2} = 0$

${u_5} = \cos \left[ {\left( {2.5 + 1} \right)\frac{\pi }{6}} \right] = \cos \left( {11\frac{\pi }{6}} \right) = \frac{{\sqrt 3 }}{2}$

${u_6} = \cos \left[ {\left( {2.6 + 1} \right)\frac{\pi }{6}} \right] = \cos \left( {13\frac{\pi }{6}} \right) = \frac{{\sqrt 3 }}{2}$

Vậy sáu số hạng đầu của dãy số là $0, - \frac{{\sqrt 3 }}{2}, - \frac{{\sqrt 3 }}{2},0,\frac{{\sqrt 3 }}{2},\frac{{\sqrt 3 }}{2}$.

b) Ta có:

${u_{n + 6}} = \cos \left[ {\left( {2\left( {n + 6} \right) + 1} \right)\frac{\pi }{6}} \right] = \cos \left[ {\left( {2n + 1} \right)\frac{\pi }{6} + 12\frac{\pi }{6}} \right] = \cos \left[ {\left( {2n + 1} \right)\frac{\pi }{6} + 2\pi } \right]$

$= \cos \left[ {\left( {2n + 1} \right)\frac{\pi }{6}} \right] = {u_n}$

Bài toán được chứng minh.

c) Theo câu b, ta có ${u_{n + 6}} = {u_n}$, nên vì vậy ta có:

${u_1} = {u_7} = {u_{13}} = {u_{19}} = {u_{25}}$,

${u_2} = {u_8} = {u_{14}} = {u_{20}} = {u_{26}}$,

${u_3} = {u_9} = {u_{15}} = {u_{21}} = {u_{27}}$,

${u_4} = {u_{10}} = {u_{16}} = {u_{22}}$,

${u_5} = {u_{11}} = {u_{17}} = {u_{23}}$,

${u_6} = {u_{12}} = {u_{18}} = {u_{24}}$.

Do đó, ${S_{27}} = 4\left( {{u_1} + {u_2} + {u_3} + {u_4} + {u_5} + {u_6}} \right) + {u_1} + {u_2} + {u_3}$

$= 4\left( {0 + \frac{{ - \sqrt 3 }}{2} + \frac{{ - \sqrt 3 }}{2} + 0 + \frac{{\sqrt 3 }}{2} + \frac{{\sqrt 3 }}{2} + 0} \right) + 0 + \frac{{ - \sqrt 3 }}{2} + \frac{{ - \sqrt 3 }}{2} =  - \sqrt 3$