Sucesión creciente
Yaritza guarda dinero cada mes para comprar un celular. Si ve que en los primeros cinco meses ha guardado cada vez más, ¿puede asegurar que el mes 50 también guardará más que el 49? Para estar segura hay que demostrarlo para todo $n$, sin calcular término a término. Eso es lo que aprenderás aquí.
Primeros pasos: mirar los términos
Antes de demostrar, conviene explorar: calcula los primeros términos y observa si suben, bajan o se quedan quietos.
Por ejemplo, $x_n = -2n+10$ da $8,\ 6,\ 4,\dots$ (baja). $y_n = \dfrac1n$ da $1,\ 0.5,\ 0.33,\dots$ (baja). $z_n=\dfrac{n+1}{n+2}$ da $0.67,\ 0.75,\ 0.8,\dots$ (sube).
Explorar da una sospecha, no una prueba. La prueba viene en las secciones siguientes.
Dada la sucesión de término general $b_n = \frac{n}{2} + 4$, demuestra que es creciente verificando que $b_{n+1} \geq b_n$ para cualquier número natural $n$.
Dada la sucesión de término general $b_n = \frac{n}{2} + 4$, demuestra que es creciente verificando que $b_{n+1} \geq b_n$ para cualquier número natural $n$.
Un estudiante decide ahorrar dinero para un viaje. El primer mes guarda $600$ pesos, y cada mes sucesivo guarda $300$ pesos más que el mes anterior. Escribe el término…
Un estudiante decide ahorrar dinero para un viaje. El primer mes guarda $600$ pesos, y cada mes sucesivo guarda $300$ pesos más que el mes anterior. Escribe el término general del dinero guardado en el mes $n$ y justifica matemáticamente por qué esta sucesión es estrictamente creciente.
Identifica cuál de las siguientes sucesiones es estrictamente creciente calculando sus tres primeros términos y analizando su evolución: $x_n = -2n + 10$,…
Identifica cuál de las siguientes sucesiones es estrictamente creciente calculando sus tres primeros términos y analizando su evolución: $x_n = -2n + 10$, $y_n = \frac{1}{n}$, $z_n = \frac{n+1}{n+2}$.
El criterio de la diferencia
Si solo pedimos $a_{n+1} \geq a_n$, la sucesión es creciente (en sentido amplio): puede quedarse quieta en algunos pasos.
La idea es sencilla: si la diferencia entre un término y el anterior es siempre positiva, cada paso sube.
Cuando la sucesión es de la forma $a_n = pn + q$, la diferencia es siempre $p$: es una progresión aritmética, y crece si $p>0$.
Escribe los cuatro primeros términos de la sucesión $a_n = 3n - 5$ y comprueba, calculando la diferencia $a_{n+1} - a_n$, que se trata de una sucesión estrictamente…
Escribe los cuatro primeros términos de la sucesión $a_n = 3n - 5$ y comprueba, calculando la diferencia $a_{n+1} - a_n$, que se trata de una sucesión estrictamente creciente.
Determina si la sucesión $c_n = n^2 + 2n$ es creciente. Para ello, calcula algebraicamente la diferencia entre el término $n+1$ y el término $n$, y analiza el signo del…
Determina si la sucesión $c_n = n^2 + 2n$ es creciente. Para ello, calcula algebraicamente la diferencia entre el término $n+1$ y el término $n$, y analiza el signo del resultado.
Demuestra de forma algebraica que la sucesión de término general $a_n = \frac{3n-1}{2n+5}$ es estrictamente creciente. Para ello, desarrolla la inecuación…
Demuestra de forma algebraica que la sucesión de término general $a_n = \frac{3n-1}{2n+5}$ es estrictamente creciente. Para ello, desarrolla la inecuación $a_{n+1} - a_n > 0$ y justifica el signo del numerador y del denominador resultantes.
El criterio del cociente
Cuando todos los términos son positivos, comparar es más cómodo dividiendo que restando. Si $a_{n+1}$ es mayor que $a_n$ y ambos son positivos, al dividir sale más de 1.
Dada la sucesión geométrica $d_n = 3^n$, utiliza el método del cociente (es decir, calcula $\frac{d_{n+1}}{d_n}$) para demostrar que es una sucesión estrictamente…
Dada la sucesión geométrica $d_n = 3^n$, utiliza el método del cociente (es decir, calcula $\frac{d_{n+1}}{d_n}$) para demostrar que es una sucesión estrictamente creciente.
La población de una colonia de bacterias en un cultivo controlado se modeliza mediante la sucesión $P_n = 200 \times (1,15)^n$, donde $n \geq 1$ representa los días…
La población de una colonia de bacterias en un cultivo controlado se modeliza mediante la sucesión $P_n = 200 \times (1,15)^n$, donde $n \geq 1$ representa los días transcurridos. Utiliza el criterio del cociente $\frac{P_{n+1}}{P_n}$ para demostrar rigurosamente que la población está en constante crecimiento.
Estudia la monotonía de la sucesión $x_n = \frac{2^n}{n!}$. Demuestra que no es estrictamente creciente para todo $n$, indicando a partir de qué término específico…
Estudia la monotonía de la sucesión $x_n = \frac{2^n}{n!}$. Demuestra que no es estrictamente creciente para todo $n$, indicando a partir de qué término específico comienza a decrecer de forma estricta.
Sucesiones con radicales
Con raíces, la diferencia $a_{n+1}-a_n$ no deja ver su signo a simple vista. Se resuelve multiplicando y dividiendo por el conjugado, igual que en los límites con radicales.
Considera la sucesión con radicales $c_n = \sqrt{n+5}$. Demuestra que es estrictamente creciente. Para evitar trabajar directamente con desigualdades de raíces,…
Considera la sucesión con radicales $c_n = \sqrt{n+5}$. Demuestra que es estrictamente creciente. Para evitar trabajar directamente con desigualdades de raíces, multiplica y divide la expresión $c_{n+1} - c_n$ por su conjugado.
Demuestra que la sucesión de término general $a_n = \sqrt{n^2+n} - n$ es estrictamente creciente. Pista: Multiplica y divide por la expresión conjugada antes de analizar…
Demuestra que la sucesión de término general $a_n = \sqrt{n^2+n} - n$ es estrictamente creciente. Pista: Multiplica y divide por la expresión conjugada antes de analizar la diferencia $a_{n+1} - a_n$.
Sucesiones con un parámetro
A veces hay que hallar para qué valores de un parámetro una sucesión es creciente: se plantea $a_{n+1}-a_n>0$ (o el cociente $>1$) y se despeja el parámetro.
Mueve el deslizador y observa cuándo los puntos suben:
Halla los valores del parámetro $k \in \mathbb{R}$ para los cuales la sucesión definida por $a_n = (k-3)n + 5$ es estrictamente creciente. Razona tu respuesta a partir…
Halla los valores del parámetro $k \in \mathbb{R}$ para los cuales la sucesión definida por $a_n = (k-3)n + 5$ es estrictamente creciente. Razona tu respuesta a partir de la diferencia $a_{n+1} - a_n$.
Encuentra el rango de valores de $x \in \mathbb{R}$ para los que la sucesión geométrica $a_n = (2x - 1)^n$ es estrictamente creciente y de términos exclusivamente…
Encuentra el rango de valores de $x \in \mathbb{R}$ para los que la sucesión geométrica $a_n = (2x - 1)^n$ es estrictamente creciente y de términos exclusivamente positivos.
Analiza el crecimiento de la sucesión $a_n = \frac{n^2+k}{n}$, donde $k$ es un número real. Demuestra que la sucesión es estrictamente creciente para todo $n \geq 1$ si…
Analiza el crecimiento de la sucesión $a_n = \frac{n^2+k}{n}$, donde $k$ es un número real. Demuestra que la sucesión es estrictamente creciente para todo $n \geq 1$ si y solo si el parámetro $k$ cumple la condición $k < 2$.
Recurrencias y sumas parciales
Recurrencia. Si $a_{n+1} = a_n + \dfrac1n$, la diferencia ya viene dada: $a_{n+1}-a_n=\dfrac1n>0$. Es creciente sin más cuenta.
Recurrencia con raíz. Si $u_{n+1}=\sqrt{6+u_n}$ y los términos son positivos, comparar $u_{n+1}$ con $u_n$ es incómodo. Como ambos son positivos, da lo mismo comparar sus cuadrados: $u_{n+1}^2-u_n^2 = 6+u_n-u_n^2 = (3-u_n)(2+u_n)$. Si $un<3$, este producto es positivo, y entonces $u_{n+1}>un$.
Suma parcial. Si $S_n = t_1+t_2+\dots+t_n$ con todos los $t_i>0$, entonces $S_{n+1}-S_n=t_{n+1}>0$, y $S_n$ es estrictamente creciente. Qué tan rápido crece lo da el tamaño de $t_{n+1}$.
Comprueba que la sucesión definida por recurrencia como $a_1 = 3$ y $a_{n+1} = a_n + \frac{1}{n}$ es estrictamente creciente para todo $n \geq 1$.
Comprueba que la sucesión definida por recurrencia como $a_1 = 3$ y $a_{n+1} = a_n + \frac{1}{n}$ es estrictamente creciente para todo $n \geq 1$.
Dada la sucesión definida como la suma parcial $S_n = \sum_{i=1}^n \frac{1}{i^2} = 1 + \frac{1}{4} + \frac{1}{9} + \dots + \frac{1}{n^2}$. Justifica de forma analítica…
Dada la sucesión definida como la suma parcial $S_n = \sum_{i=1}^n \frac{1}{i^2} = 1 + \frac{1}{4} + \frac{1}{9} + \dots + \frac{1}{n^2}$. Justifica de forma analítica por qué esta sucesión es estrictamente creciente y deduce si la diferencia entre términos consecutivos aumenta o disminuye a medida que $n$ se hace muy grande.
Una red de servidores registra el tiempo medio de latencia (en milisegundos) mediante la sucesión recurrente $u_1 = 2$, $u_{n+1} = \sqrt{6 + u_n}$. Sabiendo que todos…
Una red de servidores registra el tiempo medio de latencia (en milisegundos) mediante la sucesión recurrente $u_1 = 2$, $u_{n+1} = \sqrt{6 + u_n}$. Sabiendo que todos los términos generados son positivos y estrictamente menores que $3$, demuestra analizando el signo de $u_{n+1}^2 - u_n^2$ que la sucesión es estrictamente creciente.
Crecer sin pasarse: cotas superiores
Que una sucesión crezca no significa que se vaya a hacer enorme. Fíjate en $a_n = 5 - \dfrac{1}{n}$: sus términos son $4,\ 4.5,\ 4.67,\ 4.75,\dots$ Siempre suben, pero ninguno llega a $5$.
En una gráfica, una cota superior es una recta horizontal $y=M$ que los puntos nunca atraviesan. Si los puntos suben cada vez más despacio y se van pegando a una recta horizontal, esa recta es una cota. Si suben sin freno, no hay cota.
Para comprobarlo con álgebra, se prueba que $a_n \le M$ para todo $n$. Con $a_n=5-\frac1n$ es inmediato: $\frac1n>0$, luego $an<5$.
En un experimento de cinemática, la velocidad de un móvil en el instante $n$ (en segundos) viene dada por la sucesión $v_n = 10 - \frac{20}{n+1}$ en m/s. Demuestra…
En un experimento de cinemática, la velocidad de un móvil en el instante $n$ (en segundos) viene dada por la sucesión $v_n = 10 - \frac{20}{n+1}$ en m/s. Demuestra analíticamente que el móvil está acelerando continuamente (la sucesión de velocidades es estrictamente creciente) y observa la gráfica para determinar si superará en algún momento los $10$ m/s.
Una empresa de tecnología prevé que sus beneficios mensuales (en miles de pesos) sigan la sucesión $B_n = 3\,000 - \frac{6\,000}{2^n}$. Prueba matemáticamente que los…
Una empresa de tecnología prevé que sus beneficios mensuales (en miles de pesos) sigan la sucesión $B_n = 3\,000 - \frac{6\,000}{2^n}$. Prueba matemáticamente que los beneficios aumentan de un mes al siguiente.
En un proceso de calentamiento industrial, la temperatura de una aleación metálica en el minuto $n$ sigue la ley $T_n = 120 - 90(0,75)^n$ en grados Celsius. Demuestra…
En un proceso de calentamiento industrial, la temperatura de una aleación metálica en el minuto $n$ sigue la ley $T_n = 120 - 90(0,75)^n$ en grados Celsius. Demuestra matemáticamente que la temperatura es estrictamente creciente. A partir de la gráfica, deduce si la sucesión está acotada superiormente.
Un caso famoso: $\left(1+\frac1n\right)^n$
Primero explora: $a_1=2$, $a_2=\left(\frac32\right)^2=2.25$, $a_3=\left(\frac43\right)^3\approx 2.37$. Sube, pero poco a poco.
Para demostrar que siempre sube, se desarrolla con el binomio de Newton. El término de lugar $k$ del desarrollo de $\left(1+\frac1n\right)^n$ es
$$\frac{1}{k!}\left(1-\frac1n\right)\left(1-\frac2n\right)\cdots\left(1-\frac{k-1}{n}\right).$$Al pasar de $n$ a $n+1$ ocurren dos cosas:
-
Cada fracción $\frac jn$ se hace más pequeña ($\frac{j}{n+1}<\frac jn$), así que cada paréntesis crece y cada término crece.
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El desarrollo de $a_{n+1}$ tiene un término más, y es positivo.
Sumando términos mayores y uno más, $a_{n+1}>a_n$.
Sea la sucesión $a_n = \left(1 + \frac{1}{n}\right)^n$. Sabiendo que esta sucesión modeliza el crecimiento del capital bajo un interés compuesto del 100 % anual con $n$…
Sea la sucesión $a_n = \left(1 + \frac{1}{n}\right)^n$. Sabiendo que esta sucesión modeliza el crecimiento del capital bajo un interés compuesto del 100 % anual con $n$ capitalizaciones (cuyo límite es la capitalización continua), calcula sus tres primeros términos para comprobar empíricamente que crece. A continuación, plantea el inicio de su demostración general desarrollando el binomio de Newton para $a_n$ y $a_{n+1}$.