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KC Sinha Mathematics Solution Class 11 Chapter 15 (Sequence and Series) अनुक्रम और श्रेणी Exercise 15.7

Exercise 15.7

Question 1

निम्नांकित गुणोत्तर श्रेढ़ी का योगफल निर्दिष्ट पदो तक ज्ञात कीजिए
[Find the sum indicated terms of the following geometric progressions]

(i) 1,2,4,8...12 पदो तक (to 12 terms)
Sol :

(ii) 1,-3,9,-27...9 पदो तक(to 9 terms)
Sol :

(iii) 1,\frac{1}{3} ,\frac{1}{9}, \frac{1}{27}...n पदो तक (to n terms)
Sol :
a=1 , r=\dfrac{\frac{1}{3}}{1}=\frac{1}{3}

S_n=\frac{a(1+r^n)}{1-r}

=\dfrac{1\left(1-\frac{1}{3}\right)^n}{1-\frac{1}{3}}

=\dfrac{\left(1-\frac{1}{3^n}\right)}{\frac{3-1}{3}}

=\frac{3}{2}\left(1-\frac{1}{3^n}\right)

(iv) 6,66,666,...n पदो तक (to n terms)
Sol :
6+66+666....n पदो तक
=6[1+11+111+....n पदो तक]

=\frac{6}{9}\times 9 [1+11+111+...n~terms]

=\frac{6}{9}[1+11+111+...n~terms]

=\frac{6}{9}[(10^1-1)+(10^2-1)+(10^3-1)+...n~terms]

=\frac{6}{9}[10^1+10^2+10^3+...n~terms]-(1+1+1+...n~terms)

a=10 ,r=\frac{10^2}{10}=10

S_n=\frac{a(r^n-1)}{r-1}

=\frac{6}{9}\left[\frac{10(10^n-1)}{10-1}-n\times 1\right]

=\frac{6}{9}\left[\frac{10^{n-1}-10}{9}-n\times 1\right]

=\frac{6}{9}\left[\frac{10^{n+1}-10-9n}{9}\times 1\right]

=\frac{2}{27}(10^{n+1}-9n-10)


(vi) 0.5,0.55,0.555...n पदो तक (to n terms)
Sol :
0.5,0.55,0.555...n पदो तक

=5[0.1+0.11+0.111+...n पदो तक]

=\frac{5}{9}\times 9 [0.1+0.11+0.111+...n terms]

=\frac{5}{9} [0.9+0.99+0.999+...n terms]

=\frac{5}{9} [(1^1-0.1)+[1-(0.1)^2]+[1-(0.1)^3]+...n terms]

=\frac{5}{9} [(1+1+1+...n terms)-(0.1+(0.1)^2+10.1^3+...n terms)]

a=0.1 , r=\frac{(0.1)^2}{0.1}=0.1

S_n=\frac{a(1+r^n)}{1-r}

=\frac{5}{9}\left[n\times 1-\frac{0.1(1-(0.1)^n)}{1-0.1}\right]

=\frac{5}{9}\left[n-\frac{1}{9}\left(\frac{10^n-1}{10^n}\right)\right]

=\frac{5}{9}\left[n-\frac{10^n-1}{9\times 10^n}\right]


(vii) 1,-\frac{1}{2}, \frac{1}{4}-\frac{1}{8},...n पदो तक (to n terms)

(viii) 1,-a,a2,-a3...n पदो तक (to n terms)

(ix) x3,x5,x7,...n पदो तक (to n terms)

(x) 0.15,0.015,0.0015...20 पदो तक (to 20 terms)

(xi) 7+77+777+...n पदो तक (to n terms)


Question 2

श्रेणी के n पदो तक का योगफल ज्ञात करे [Find the sum of n terms of the series]
\left(x^2+\frac{1}{x^2+2}\right)+\left(x^4+\frac{1}{x^4+5}\right)+\left(x^6+\frac{1}{x^6+8}\right)
Sol :
=(x2+x4+x6+..n पदो तक)+\left(\frac{1}{x^2}+\frac{1}{x^4}+\frac{1}{x^6}+...n~terms \right)+(2+5+8+...n पदो तक)

CASE-I श्रेणीः
x2+x4+x6+..n पदो तक

a=x2, r=\frac{x^4}{x^2}=x^2

S_n=\frac{a(r^n-1)}{r-1}
=\frac{x^2(x^{2n}-1)}{x^2-1}

CASE-II श्रेणीः
\frac{1}{x^2}+\frac{1}{x^4}+\frac{1}{x^6}+...n पदो तक

a=\frac{1}{x^2} ,

r=\dfrac{\frac{1}{x^4}}{\frac{1}{x^2}}
=\frac{1}{x^2}


S_n=\frac{a(1-r^n)}{1-r}

=\dfrac{\frac{1}{x^2}\left(1-\frac{1}{x^{2n}}\right)}{1-\frac{1}{x^2}}

=\dfrac{\frac{1}{x^2}\left(\frac{x^{2n}-1}{x^{2n}}\right)}{\frac{x^2-1}{x^2}}

S_n=\frac{x^{2n}-1}{x^{2n}(x^2-1)}


CASE-III श्रेणीः
2+5+8+...n पदो तक

a=2 , d=5-2=3

S_n=\frac{n}{2}\left[2a+(n-1)d\right]

=\frac{n}{2}\left[2\times 2+(n-1)3 \right]

=\frac{n}{2}[4+3n-3]

=\frac{n(3n+1)}{2}

\left(x^2+\frac{1}{x^2}+2\right)+\left(x^4+\frac{1}{x^4}+5\right)+\left(x^6+\frac{1}{x^6}+8\right)+...n पदो तक

=\frac{x^2(x^{2n}-1)}{x^2-1}+\frac{x^{2n}-1}{x^{2n}(x^2-1)}+\frac{n(3n+1)}{2}

=\frac{x^{2n}-1}{x^2-1}\left[x^2+\frac{1}{x^{2n}}\right]+\frac{n(3n+1)}{2}

Question 3

एक व्यक्ति प्रथम दिन 1₹, दूसरे दिन 3₹, तीसरे दिन 9₹, चौथे दिन 27₹ और इसी तरह संग्रह करना प्रारंभ करता है। 20 दिनो मे उसके पास कितना संग्रह होगा ?
Sol :
G.P: 1₹,3₹,9₹,27₹....20 दिनो

a=1₹, r=\frac{3}{1}=3

n=20

S_n=\frac{a(r^n-1)}{r-1}=\frac{1(3^{20}-1)}{3-1}

=\frac{3^{20}-1}{2}

Question 4

श्रेणी 1+2+22+... के कितने पदो को लिया जाय कि उसका योगफल 511 हो।
Sol :
माना पदो की संख्या n है।

G.P श्रेणीः 1+2+22+...

a=1, r=\frac{2}{1}=2

Sn=511

\frac{a(r^n-1)}{r-1}=511

\frac{1(2^n-1)}{2-1}=511

2n-1=511
2n=512
2n=29
n=9

Question 5

n का न्यूनतम मान ज्ञात कीजिए जिससे 1+2+22+...2n-1≥300
Sol :
1+2+22+...2n-1≥300

a=1, r=\frac{2}{1}=2

S_n=\frac{a(r^n-1)}{r-1}

\frac{1(2^n-1)}{2-1}\geq 300

2n-1≥300
2n≥301
2n>256
2n>28
n>8
n=9

Question 7

गुणोत्तर श्रेढ़ी के कुछ पदो का योग 315 है, उसका प्रथम पद तथा सार्व अनुपात क्रमशः 5 तथा 2 है । अंतिम पद तथा पदो की संख्या ज्ञात कीजिए ?
Sol :
माना पदो की संख्या=n

Sn=315, a=5, r=2

\frac{a(r^n-1)}{r-1}=315

\frac{5(2^n-1)}{2-1}=315

2n-1=\frac{315}{5}
2n=64
2n=26
n=6

an=arn-1

a6=5(2)6-1
=5×25
=5×30
=160

∴ अंतीम पद=160
पदो की संख्या=6

Question 8

किसी गुणोत्तर श्रेढ़ी के पदो की संख्या सम है। यदि उसके सभी पदो का योगफल, विषम स्थान पर रेखा पदो के योगफल का 5 गुना है, तो सार्व अनुपात ज्ञात कीजिए।
Sol :
माना गुणोत्तर श्रेढ़ी मे 2n पद है।

G.P: a,ar,ar2,...ar2n-1

विषम स्थान पर के पदो की संख्या=\frac{2n}{2}=n

प्रश्न से,
a,ar,ar2,...ar2n-1=5×(a,ar,ar4+...+ar2n-2)

\frac{a(r^{2n}-1)}{r-1}=5\times \frac{a(r^{2n}-1)}{r^2-1}

\frac{1}{r-1}=\frac{5}{r^2-1}

\frac{r^2-1^2}{r-1}=5

\frac{(r-1)(r+1)}{r-1}=5

r+1=5
r=5-1=4

सार्व अनुपात=4

Question 9

दिखलाइए कि एक ही सार्व अनुपात वाले दो G.P के n पदो के योगफलो का अनुपात उनके n वे पदो के अनुपात के बराबर है।
Sol :
माना दोनो G.P का सार्व अनुपात r है तथा प्रथम पद क्रमशः a तथा A है।

G.P's a,ar,ar2,...arn-1

A,Ar,Ar2,..Arn-1

दोनो G.P के n पदो का अनुपात =\dfrac{\frac{a(r^n-1)}{r-1}}{\frac{A(r^n-1)}{r-1}}=\frac{a}{A}

दोनो G.P के n वे पदो का अनुपात =\frac{ar^{n-1}}{Ar^{n-1}}
=\frac{a}{A}
=a:A

Question 10

यदि G.P के n,2n,3n पदो के योगफल क्रमशः S1,S2,S3, हो तो दिखलाइए कि
[If S1,S2,S3, be the sum of  n,2n,3n , terms respectively of a G.P show that]
(S2-S1)2=(S3-S2)2
Sol :
Sn=S1, S2n=S2, S3n=S3

L.H.S
(S_2-S_1)^2=[S_{2n}-S_2]^2

=\left[\frac{a(r^{2n}-1)}{r-1}-\frac{a(r^n-1)}{r-1}\right]^2

=\left[\dfrac{a\{(r^n)^2-1^2\}}{r-1}-\dfrac{a(r^n-1)}{r-1}\right]^2

=\left[\frac{a(r^n-1)(r^n+1)}{r-1}-\frac{a(r^n-1)}{r-1}\right]^2

=\frac{a^2(r^n-1)^2}{(r-1)^2}\left[r^n+1-1\right]^2

=\frac{a^2(r^n-1)^2}{(r-1)^2}r^{2n}


R.H.S
S1(S3-S2)
=Sn(S3n-S2n)

=\frac{a(r^n-1)}{r-1}\left[\frac{a(r^{3n}-1)}{r-1}-\frac{a(r^{2n}-1)}{r-1}\right]

=\frac{a(r^n-1)}{r-1}\left[\frac{a\{(r^n)^3-1^3\}}{r-1}-\frac{a\{(r^n)^2-1^2\}}{r-1}\right]

=\frac{a(r^n-1)}{r-1}\left[\frac{a(r^n-1)\{(r^n)^2+r^n.1+1^2\}}{r-1}-\frac{a(r^n-1)(r^n+1)}{r-1}\right]

=\frac{a(r^n-1)}{r-1}\left[\frac{a(r^n-1)(r^{2n+r^{n}+1})}{r-1}-\frac{a(r^n-1)(r^n+1)}{r-1}\right]

=\frac{a(r^n-1)}{r-1}\left[\frac{a(r^n-1)(r^{2n+r^n+1})}{r-1}-\frac{a(r^n-1)(r^n+1)}{r-1}\right]

=\frac{a^2(r^n-1)^2}{(r-1)^2}\left[r^{2n+r^n+1-r^n-1}\right]

=\frac{a^2(r^n-1)^2}{(r-1)^2}\times r^{2n}

L.H.S=R.H.S

Question 11

यदि एक G.P जिसका प्रथम पद a और सार्व अनुपात r है , के n पदो का योगफल Sn से निरूपित होता है तो S1+S2+...S2n-1 ज्ञात कीजिए ।
Sol :
प्रथम पद=a , सार्व अनुपात=r

n पदो का योगफल=Sn
=\frac{a(1-r^n)}{1-r} या =\frac{a}{1-r}(1-r^n)

S1+S2+....S2n-1=\frac{a}{1-r}(1-r)+\frac{a}{1-r}(1-r^2)+...\frac{a}{1-r}(1-r^{2n-1})

=\frac{a}{1-r}[(1-r)+(1-r2)+...+(1-r2n-1)]

=\frac{a}{1-r}[(1+1+1+...2n-1 पदो तक)-(r+r2+..+r2n-1]

=\frac{a}{1-r}\left[(2n-1)\times 1-\frac{r(1-r^{2n-1})}{1-r}\right]

=\frac{a}{1-r}[2n-1-\frac{r(1-r^{2n-1})}{1-r}]

Question 12

किसी श्रेणी के n पद का जोड़ a.2n-b है , तो इसका n वाँ ज्ञात कीजिए । क्या इस श्रेणी के पद G.P मे है?
Sol :
Sn=a.2n-b , an=?

Sn-1=a.2n-1-b
an=Sn-Sn-1
an=(a.2n-b)-(a.2n-1-b)
=a.2n-b-a.2n-1+b
an=a.2n-\frac{a.2^n}{2}
=a.2^n\left(\frac{2-1}{2}\right)
a_n=a.2^n\times \frac{1}{2}
an=a.2n-1

n=1,2,3 पर

a1=a.21-1=a.20=a

a2=a.22-1=a.21=2a

a3=a.23-1=a.22=4a

r=\frac{a_2}{a_1}=\frac{2a}{a}=2
 या \frac{a_3}{a_2}=\frac{4a}{2a}=2

∴श्रेणी G.P मे है।

Question 13

यदि किसी श्रेणी का n वाँ पद 3.2n-4 है तो इसके 100 पदो का जोड़ ज्ञात कीजिए।
Sol :
माना , an=3.2n-4

S100=a1+a2+a3+...a100
=(3.21-4)+(3.22-4)+(3.23-4)+...(3.2100-4)
=[3.21+3.22+3.23+....+3.2100]-[4+4+4+..10 पदो तक]
=3[21+22+23+...2100]-100×4
=\frac{3\times \frac{2(2^{100}-1)}{2-1}-400
=6(2100-1)-400

Question 14

निम्नांकित श्रेणी का n वाँ पद और n पदो का योगफल ज्ञात कीजिए।
[Find the n th term and the sum to n terms of the series]
1+(1+2)+(1+2+22)+...
Sol :
an=1+2+22+...+2n-1

a=1 , r=\frac{2}{1}=2

a_n=\frac{1(2^n-1)}{2-1}

S_n=\frac{a(r^n-1)}{r-1}

an=22-1

n पदो का योग=a1,a2+...an
=(21-1)+(22-1)+...
=(21+22+...+2n)-(1+1+1+...n पदो तक)
=\frac{2(2^n-1)}{2-1}-n\times 1
=2(2n-1)-n
=2n+1-2-n

Question 15

निम्नांकित श्रेणी का योगफल ज्ञात कीजिए
[Find the sum of the following series]
1+3x+9x2+27x3+..to ∞
Sol :
S_{\infty}=\frac{a}{1-r}

a=1,

r=\frac{3x}{1}
=3x

S_{\infty}=\frac{a}{1-r}=\frac{1}{1-3x}

Question 17

1-\frac{1}{2}+\frac{1}{2^2}-\frac{1}{2^3}+...
Sol :
=\left(1+\frac{1}{2^2}+...\infty \right)-\left(\frac{1}{2}+\frac{1}{2^3}+\dots +\infty \right)

=\dfrac{1}{1-\frac{1}{2^2}}-\dfrac{\frac{1}{2}}{1-\frac{1}{2^2}}

=\dfrac{1}{1-\frac{1}{4}}-\dfrac{\frac{1}{2}}{1-\frac{1}{4}}

=\dfrac{1}{\frac{4-1}{4}}-\dfrac{\frac{1}{2}}{\frac{4-1}{4}}

=\dfrac{1}{\frac{3}{4}}-\dfrac{1}{\frac{3}{2}}

=\frac{4}{3}-\frac{2}{3}=\frac{4-2}{3}

=\frac{2}{3}

Question 21

मान ज्ञात कीजिए
(Find the value of )
9^{\frac{1}{3}+\frac{1}{9}+\frac{1}{27}+\dots \text{ to } \infty}
Sol :
9^{\frac{1}{3}+\frac{1}{9}+\frac{1}{27}+\dots \infty}

a=\frac{1}{3}, r=\dfrac{\frac{1}{9}}{\frac{1}{3}}=\frac{1}{3}

S_{\infty}=\frac{a}{1-r}

=\dfrac{\frac{1}{3}}{1-\frac{1}{3}}

=\dfrac{\frac{1}{3}}{\frac{3-1}{3}}=\frac{1}{2}

9^{\frac{1}{3}+\frac{1}{9}+\frac{1}{27}+\dots \infty}

=9^{\frac{1}{2}}=3^{2\times \frac{1}{2}}
=3

Question 22

ज्ञात कीजिए (Find) \frac{1}{1+x^2}\left\{1+\frac{2x}{1+x^2}+\left(\frac{2x}{1+x^2}\right)^2+\dots \text{ to } \infty \right\} जहाँ (where) x≥0
Sol :
=\frac{1}{1+x^2}\left\{1+\frac{2x}{1+x^2}+\left(\frac{2x}{1+x^2}\right)^2+\dots \test{ to }\infty \right\}

=\frac{1}{1+x^2}\times \left(\dfrac{1}{1-\frac{2x}{1+x^2}}\right)

=\frac{1}{1+x^2}\times \left(\dfrac{1}{\frac{1+x^2-2x}{1+x^2}}\right)

=\frac{1}{x^2-2x+1}=\frac{1}{(x+1)^2}

Question 23

साबित कीजिए कि (Prove that) a^{\frac{1}{2}}a^{\frac{1}{4}}a^{\frac{1}{8}}\dots \text{ to }\infty}=a
Sol :
L.H.S
a^{\frac{1}{2}}a^{\frac{1}{4}}a^{\frac{1}{8}}\dots \text{ to }\infty}

a^{\frac{1}{2}+\frac{1}{4}+\frac{1}{8}+\dots \text{ to } \infty }

a=\frac{1}{2} ,r=\dfrac{\frac{1}{4}}{\frac{1}{2}}=\frac{1}{2}

=a^{\dfrac{\frac{1}{2}}{1-\frac{1}{2}}}

=a^{\dfrac{\frac{1}{2}}{\frac{2-1}{2}}}

=a^{\dfrac{\frac{1}{2}}{\frac{1}{2}}}

=a

Question 24

0.\overline{54} को परिमेय संख्या के रूप मे व्यक्त कीजिए।
Sol :
0.\overline{54}=0.545454....∞

=0.54+0.0054+0.000054+...∞

=54[0.01+0.0001+0.000001+...+∞]

=54\times \dfrac{0.01}{1-0.01}

=54\times \frac{0.01}{0.99}

=54\times \frac{1}{99}=\frac{6}{11}

Question 26

एक अपरिमित G.P का जोड़ जिसका सार्य अनुपात 1 से कम है 32 और इसके प्रथम दो का जोड़ 24 है, तो G.P ज्ञात कीजिए।
Sol :
माना G.P का प्रथम पद=a, साई अनुपात=r है।
S=32 , r<1

a+ar=24
a(1+r)=24
a=\frac{24}{1+r}

S=32

\frac{a}{1-r}=32

\dfrac{\frac{24}{1+r}}{1-r}=32 [a का मान रखने पर]

\dfrac{24}{1^2-r^2}=32

\frac{3}{1-r^2}=4

3=4-4r2
4r2=4-3
r^2=\frac{1}{4}

r=\pm \sqrt{\frac{1}{4}}=\pm \frac{1}{2}

r=\frac{1}{2} पर,

a=\frac{24}{1+r}=\dfrac{24}{1+\frac{1}{2}}
=\dfrac{24}{\frac{2+1}{2}}

a=\dfrac{24}{\frac{3}{2}}=\frac{24}{3}\times 2
=16

a1=16,

a2=ar=16 \times \frac{1}{2}=8

a3=ar2=16\times \left(\frac{1}{2}\right)^2
=16\times \frac{1}{4}=4

G.P: 16, 8, 4,..

r=-\frac{1}{2} पर,

a=\frac{24}{1+r}=\dfrac{24}{1-\frac{1}{2}}
=\dfrac{24}{\frac{2-1}{2}}

a=\dfrac{24}{\frac{1}{2}}=48

a1=48,

a2=ar=48\left(-\frac{1}{2}\right)
=-24

a3=ar2=48\left(-\frac{1}{2}\right)^2
=48\left(\frac{1}{4}\right)=12

G.P: 48,-24,12... 

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