Matemática, perguntado por Lukyo, 1 ano atrás

(50 PONTOS) Dada uma sequência numérica a_{n}, definamos o operador primeira diferença posterior:

\Delta(a_{n})=a_{n+1}-a_{n},\;\;\;\;n\in\mathbb{N}


Dadas duas sequências numéricas a_{n} e b_{n}, e k uma constante real, mostre que valem as seguintes propriedades operatórias:

(1)\;\;\Delta(k\cdot a_{n})=k\cdot \Delta(a_{n})\\ \\ \\ (2)\;\;\Delta(a_{n}+b_{n})=\Delta(a_{n})+\Delta(b_{n})\\ \\ \\ (3)\;\;\Delta(a_{n}\cdot b_{n})=\Delta(a_{n})\cdot b_{n}+a_{n+1}\cdot \Delta(b_{n})\\ \\ \text{ou equivalentemente,\;\;}\Delta(a_{n}\cdot b_{n})=\Delta(a_{n})\cdot b_{n+1}+a_{n}\cdot \Delta(b_{n})\\ \\ \\ (4)\;\;\Delta\left(\dfrac{a_{n}}{b_{n}} \right )=\dfrac{\Delta(a_{n})\cdot b_{n}-a_{n}\cdot \Delta(b_{n})}{b_{n+1}\cdot b_{n}},\;\;\;\;\text{ se }b_{n}\neq 0, \forall n\in \mathbb{N}

Soluções para a tarefa

Respondido por Niiya
2
(1)

Definindo b_{n}=k\cdot a_{n}, temos que

\Delta(k\cdot a_{n})=\Delta(b_{n})=b_{n+1}-b_{n}\\\\\Delta(k\cdot a_{n})=k\cdot a_{n+1}-k\cdot a_{n}\\\\\Delta(k\cdot a_{n})=k\cdot(a_{n+1}-a_{n})\\\\\boxed{\boxed{\Delta(k\cdot a_{n})=k\cdot\Delta(a_{n})}}

(2)

Definindo c_{n}=a_{n}+b_{n}, temos, por definição,

\Delta(a_{n}+b_{n})=\Delta(c_{n})=c_{n+1}-c_{n}\\\\\Delta(a_{n}+b_{n})=(a_{n+1}+b_{n+1})-(a_{n}+b_{n})\\\\\Delta(a_{n}+b_{n})=(a_{n+1}-a_{n})+(b_{n+1}-b_{n})\\\\\boxed{\boxed{\Delta(a_{n}+b_{n})=\Delta(a_{n})+\Delta(b_{n})}}

(3)

Definindo c_{n}=a_{n}\cdot b_{n}, temos que

\Delta(a_{n}\cdot b_{n})=\Delta(c_{n})=c_{n+1}-c_{n}\\\\\Delta(a_{n}\cdot b_{n})=a_{n+1}\cdot b_{n+1}-a_{n}\cdot b_{n}\\\\\Delta(a_{n}\cdot b_{n})=(a_{n+1}-a_{n}+a_{n})\cdot b_{n+1}-a_{n}\cdot b_{n}\\\\\Delta(a_{n}\cdot b_{n})=(a_{n+1}-a_{n})\cdot b_{n+1}+a_{n}\cdot b_{n+1}-a_{n}\cdot b_{n}\\\\\Delta(a_{n}\cdot b_{n})=\Delta(a_{n})\cdot b_{n+1}+a_{n}\cdot(b_{n+1}-b_{n})\\\\\boxed{\boxed{\Delta(a_{n}\cdot b_{n})=\Delta(a_{n})\cdot b_{n+1}+a_{n}\cdot\Delta(b_{n})}}

(4)

Definindo c_{n}=\dfrac{a_{n}}{b_{n}}, temos então

\Delta\left(\dfrac{a_{n}}{b_{n}}\right)=\Delta(c_{n})=c_{n+1}-c_{n}\\\\\\\Delta\left(\dfrac{a_{n}}{b_{n}}\right)=\dfrac{a_{n+1}}{b_{n+1}}-\dfrac{a_{n}}{b_{n}}\\\\\\\Delta\left(\dfrac{a_{n}}{b_{n}}\right)=\dfrac{a_{n+1}\cdot b_{n}}{b_{n+1}\cdot b_{n}}-\dfrac{a_{n}\cdot b_{n+1}}{b_{n+1}\cdot b_{n}}\\\\\\\Delta\left(\dfrac{a_{n}}{b_{n}}\right)=\dfrac{a_{n+1}\cdot b_{n}-a_{n}\cdot b_{n+1}}{b_{n+1}\cdot b_{n}}


\Delta\left(\dfrac{a_{n}}{b_{n}}\right)=\dfrac{(a_{n+1}-a_{n}+a_{n})\cdot b_{n}-a_{n}\cdot b_{n+1}}{b_{n+1}\cdot b_{n}}\\\\\\\Delta\left(\dfrac{a_{n}}{b_{n}}\right)=\dfrac{(a_{n+1}-a_{n})\cdot b_{n}+a_{n}\cdot b_{n}-a_{n}\cdot b_{n+1}}{b_{n+1}\cdot b_{n}}\\\\\\\Delta\left(\dfrac{a_{n}}{b_{n}}\right)=\dfrac{\Delta(a_{n})\cdot b_{n}+a_{n}\cdot(b_{n}-b_{n+1})}{b_{n+1}\cdot b_{n}}\\\\\\\Delta\left(\dfrac{a_{n}}{b_{n}}\right)=\dfrac{\Delta(a_{n})\cdot b_{n}-a_{n}\cdot(b_{n+1}-b_{n})}{b_{n+1}\cdot b_{n}}

\boxed{\boxed{\Delta\left(\dfrac{a_{n}}{b_{n}}\right)=\dfrac{\Delta(a_{n})\cdot b_{n}-a_{n}\cdot\Delta(b_{n})}{b_{n+1}\cdot b_{n}}}}


Lukyo: Até as propriedades operatórias são similares às propriedades de derivação...
Lukyo: Estou pensando aqui em usar a propriedade 3 para fazer uma "soma por partes"...
Lukyo: Por exemplo para somar a sequência n*sen(n)...
Niiya: É que esse é um operador linear, assim como o operador derivada :)
Niiya: Conseguiu?
Lukyo: Consegui sim. Vou elaborar uma nova tarefa.
Niiya: Ok!
Lukyo: Pronto, coloquei outra sequência a exponencial, que eu acho mais simples...
Lukyo: Com exponencial quero dizer algo que envolve a soma de termos da P.G.
Lukyo: As duas primeiras propriedades evidenciam a linearidade do operador diferença, mas as duas últimas são bem mais emocionantes...
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