Progresiones geométricas

Una progresión geométrica...

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Progresiones geométricas

Introducción

Supongamos que tenemos una colección de datos y sospechamos -quizá por alguna razón de tipo experimental- que hay una relación entre un término y el siguiente. Esta es una observación muy útil porque así podremos predecir, no solamente cuál es el siguiente número en la colección, sino también, cuál será el $n$-ésimo término.

Si una colección es de este tipo, decimos que es una progresión numérica, las más comunes de ellas son las progresiones aritméticas y las progresiones geométricas.. Estudiaremos aquí, cómo son éstas últimas.

Una progresión geométrica -en ocasiones también llamada "progresión exponencial"- es aquella en el siguiente elemento se obtiene multiplicando al actual por una constante $k$, llamada razón de la progresión. Dicho de otra forma equivalente: el cociente de un elemento entre su antecesor es igual a $k$, la razón de a progresión, $$\frac{a_n}{a_{n-1}}=k$$ por ejemplo $3,6,9,12,15,18,21,27,30,33,36,39,42,45$ forman una progresión geométrica.

Otros ejemplos serían:

a. 3,6,9,12,15,18,21,27,30,33,36,39,42,45$

b. 3,6,9,12,15,18,21,27,30,33,36,39,42,45$

$$\frac{f(2)}{f(1)}=\frac{ka^{2}}{ka}=a$$

¿Y si obtenemos el cociente al evaluar con otra pareja de enteros consecutivos?

$$\frac{f(3)}{f(2)}=\frac{ka^{3}}{ka^{2}}=a$$ $$\frac{f(4)}{f(3)}=\frac{ka^{4}}{ka^{3}}=a$$

En general:

$$\frac{f(n+1)}{f(n)}=\frac{ka^{n+1}}{ka^{n}}=a\qquad \text{ para cualquier entero }n\in\mathbb{Z}$$

Una progresión geométrica es una sucesión de valores en la que el elemento siguiente se obtiene del anterior al multiplicarlo por una constante llamada razón de la progresión.

Veamos un ejemplo. Supongamos que tenemos la siguiente tabla de valores, debemos identificar si hay variación exponencial y, en caso afirmativo, encontrar tanto la base $a$ como al parámetro del valor inicial $k$:

$x$ 0 1 2 3 4 5
$f(x)$ ¿? 1.8 2.16 2.592 3.1104 3.73248

¿Es una variación exponencial? Supongamos que lo es y veamos a qué llegamos. Si $f(x)=ka^{x}$ entonces:

$f(1)=k (a) = 1.8$

$f(2)=1.8 (a) =2.16$

$f(3)=2.16 (a) = 2.592$

$f(4)=2.592 (a) = 3.1104$

$f(5)=3.1104 (a) =3.73248$ De donde:

$$\frac{f(2)}{f(1)} =\frac{2.16}{1.8}=1.2$$

Si hay variación proporcional, este valor debe ser constante en los demás cocientes. En efecto, se tiene que:

$$\frac{f(3)}{f(2)}=\frac{2.592}{2.16}=\frac{f(4)}{f(3)}=\frac{3.1104}{2.592}=\frac{f(5)}{f(4)}=\frac{3.73}{3.11}=1.2$$

Por lo tanto la base es $a=1.2$, podemos ahora encontrar el valor de $k$ a partir de la primera ecuación:

$$k = \frac{1.8}{a}=\frac{1.8}{1.2}=1.5$$

De esta manera, ya tenemos los dos parámetros por lo que la función exponencial es $f(x) = 1.5(1.2)^{x}$.

Autoevaluación

Es momento de repasar lo aprendido.

Completa los espacios con la respuesta correcta:

  1. $x$ 0 1 2 3 4 5 6
    $f(x)$ $k$ 5 25 125 625 15625

    (Sí o No) Existe variación exponencial y los parámetros de la función son: $a =$ $k =$

    Los datos son múltiplos de cinco por lo que, cada término se obtiene del anterior multiplicándolo por cinco. Así que el quinto término es $3125$. Sí hay variación exponencial y los parámetros son $a=5$, $k=1$.

  2. $x$ 0 1 2 3 4 5 ...10
    $f(x)$ $k$ 6 12 24 48 96

    (Sí o No) Existe variación exponencial y los parámetros de la función son: $a =$ , $k =$

    En este caso es fácil observar que los valores se están duplicando por lo que existe variación exponencial. Así la base y la condición inicial son $a = 2$, $k = \frac{6}{2}= 3$. A $x = 10$ le corresponde el valor $f(10) = 3(2)^{n} = 3(1024) = 3072$.

  3. $x$ 0 1 2 3 4 5 ...10
    $f(x)$ $k$ 2 4 6 8 10

    (Sí o No) Existe variación exponencial y los parámetros de la función son: $a =$ , $k =$

    En este caso no existe variación exponencial ya que los términos no se obtienen del anterior multiplicándolos por una misma constante (el 6 no es el doble de 4, el 8 no es el doble de 6, etc). De hecho se trata de una función lineal cuya regla de correspondencia es $f(x) = 2x$ que, como puedes apreciar, su variable no es el exponente.

  4. $x$ 0 1 2 3 4 5 6
    $f(x)$ $k$ 2 3 4.5 6.75

    (Sí o No) Existe variación exponencial y los parámetros de la función son: $a =$ , $k =$

    En los datos de esta tabla existe variación exponencial, aunque no es evidente el valor de la constante por la que se multiplica cada término para obtener el siguiente. Sin embargo, para identificarlo, podemos ver que al dividir cada término entre el anterior obtenemos un mismo valor que es la base, es decir $a = \frac{3}{2}=1.5$. Con ello, tenemos que: $k = \frac{2}{\frac{3}{2}}=\frac{4}{3}=1.\bar{3}$

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