\documentclass[a4paper,12pt]{article} %---- Ustawienia polskich znaków ----------------------------------------------- \usepackage[T1]{fontenc} \usepackage[utf8]{inputenc} \usepackage[polish]{babel} %---- Lepsza czcionka i estetyka ---------------------------------------------- \usepackage{lmodern} \usepackage{parskip} %---- Pakiety matematyczne i nie tylko ---------------------------------------- \usepackage{amsmath,amssymb} \usepackage{geometry} \usepackage{xcolor} \usepackage{array} \usepackage{hyperref} \usepackage{longtable} \usepackage[table]{xcolor} \usepackage{fancyhdr} \usepackage{enumitem} \usepackage{tikz} \usepackage{pifont} %---- Pakiet do ładnych ramek i kolorowych boksów ----------------------------- \usepackage[most]{tcolorbox} %---- Definicje stylów ramek tcolorbox ---------------------------------------- \tcbset{ framecode={}, center title, left=2mm, right=2mm, top=1mm, bottom=1mm, fonttitle=\bfseries, colback=gray!5, colframe=black!70, enlarge top by=2mm, enlarge bottom by=2mm, boxsep=2pt } % Przykładowy styl tcolorbox do zadań \newtcolorbox{taskbox}[2][]{ title=#2, #1 } % Przykładowy styl tcolorbox do rozwiązań lub komentarzy \newtcolorbox{solutionbox}[1][]{ title=#1, colback=green!2, colframe=green!50!black, fonttitle=\bfseries\footnotesize, varwidth boxed title, boxed title style={rounded corners}, sharp corners, boxrule=0.4pt, toprule=1pt, bottomrule=1pt } %---- Definicje naszych symboli i skrótów -------------------------------------- \newcommand{\ok}{% \tikz[baseline=-0.5ex]{ \node[draw, rectangle, minimum size=1em, inner sep=0pt] {\textcolor{green}{\ding{51}}}; }% } \newcommand{\no}{% \tikz[baseline=-0.5ex]{ \node[draw, rectangle, minimum size=1em, inner sep=0pt] {\textcolor{red}{\ding{55}}}; }% } % Makra do odwołań, np. WS (wymaganie szczegółowe), WO (wymaganie ogólne), itp. \newcommand{\WS}[1]{\textbf{WS #1}} \newcommand{\WO}[1]{\textbf{WO #1}} \newcommand{\WOGPrec}{\textbf{W$_{\text{Og(Prec)}}$}} %---- Ustawienia marginesów --------------------------------------------------- \geometry{ left=2.5cm, right=2.5cm, top=2.5cm, bottom=2.5cm } %---- Definicja stylu fancyhdr ------------------------------------------------ \pagestyle{fancy} \fancyhf{} % wyczyszczenie nagłówków i stopek \lhead{Praca z ciągiem geometrycznym} \rhead{Przykład -- bez pakietu forest} \renewcommand{\headrulewidth}{0.4pt} \cfoot{\thepage} \renewcommand{\footrulewidth}{0.4pt} \pagestyle{fancy} \fancyhf{} % Czyścimy domyślne nagłówki i stopki % Definiujemy stopkę % Definiujemy kolor czerwony dla WS oraz ciemnozielony dla WO \definecolor{ws}{rgb}{0.0, 0.0, 1.0} % Czerwony \definecolor{wo}{rgb}{0.0, 0.5, 0.0} % "dark green" \pagestyle{fancy} \fancyhf{} % Czyścimy domyślne stopki / nagłówki %----------------------------------------------------------- % 1) Makra do dynamicznego przechowywania wartości WS i WO %----------------------------------------------------------- % Sposób: \setWS{1}{12} -> ustawia "WSvalue1" = "12" % \getWS{1} -> rozwija się do "12" \usepackage{pgffor} % umożliwia \foreach % 1) Makra do dynamicznego przechowywania wartości WS i WO \makeatletter \newcommand{\setWS}[2]{\expandafter\def\csname WSvalue#1\endcsname{#2}} % np. \setWS{1}{00} \newcommand{\getWS}[1]{\csname WSvalue#1\endcsname} % np. \getWS{1} -> "00" \newcommand{\setWO}[2]{\expandafter\def\csname WOvalue#1\endcsname{#2}} % np. \setWO{2}{10} \newcommand{\getWO}[1]{\csname WOvalue#1\endcsname} \makeatother % 2) Ustawiamy wszystkie WS i WO na wartość domyślną "00" % (15 WS, 11 WO — zmień, jeśli potrzebujesz innej liczby) \foreach \i in {1,...,15}{\setWS{\i}{00}} \foreach \j in {1,...,11}{\setWO{\j}{00}} % Definiujemy kolory \definecolor{ws}{rgb}{1.0, 0.0, 0.0} % czerwony \definecolor{wo}{rgb}{0.0, 0.5, 0.0} % ciemnozielony % Stopka \pagestyle{fancy} \fancyhf{} % czyścimy domyślne stopki / nagłówki \fancyfoot[L]{% \scriptsize % Pomniejszona czcionka w stopce \begin{tabular}{@{}l l} \textbf{WS:} & % Generowanie WS dynamicznie \foreach \i in {1,...,15}{% \ifnum\i>1 |\fi% Dodaj separator "|" między elementami (bez spacji) \textcolor{ws}{1.\i}\textcolor{black}{[\getWS{\i}]}% } \\ \textbf{WO:} & % Generowanie WO dynamicznie \foreach \j in {1,...,11}{% \ifnum\j>1 |\fi% Dodaj separator "|" między elementami (bez spacji) \textcolor{wo}{% \ifcase\j \or 1.1% \j = 1 \or 2.1% \j = 2 \or 2.2% \j = 3 \or 3.1% \j = 4 \or 3.2% \j = 5 \or 3.3% \j = 6 \or 3.4% \j = 7 \or 4.1% \j = 8 \or 4.2% \j = 9 \or 4.3% \j = 10 \or 4.4% \j = 11 \fi }% \textcolor{black}{[\getWO{\j}]}% } \end{tabular} \vspace{4pt} \hrule \vspace{4pt} \[ P_{\mathrm{dział\,max}} = 0 \quad \textcolor{red}{\forall j \in \{1,\dots,N_{WO}\},\; \exists i(j) \in \{1,\dots,N^j_{WS}\}} \] } % Definiujemy kolor fioletowy (jeśli nie chcesz polegać na wbudowanym 'violet') \definecolor{violet}{rgb}{0.5,0.0,0.5} \definecolor{darkgreen}{RGB}{0, 100, 0} \newenvironment{solutionbox}[1][]{ % \begin{tcolorbox}[colback=white,title=#1] \begin{tcolorbox}[title={#1}] }{% \end{tcolorbox} } %------------------------------------------------------------------------------- \begin{document} % Ustawianie wartości WS \setWS{0}{00} % WS 1.1 = 10 \setWS{1}{00} % WS 1.1 = 10 \setWS{2}{00} % WS 1.1 = 10 \setWS{3}{00} % WS 1.1 = 10 \setWS{4}{00} % WS 1.1 = 10 \setWS{5}{00} % WS 1.1 = 10 \setWS{6}{00} % WS 1.1 = 10 \setWS{7}{00} % WS 1.1 = 10 \setWS{8}{00} % WS 1.1 = 10 \setWS{9}{00} % WS 1.1 = 10 \setWS{10}{00} % WS 1.1 = 10 \setWS{11}{00} % WS 1.1 = 10 \setWS{12}{00} % WS 1.1 = 10 \setWS{13}{00} % WS 1.1 = 10 \setWS{14}{00} % WS 1.1 = 10 \setWS{15}{00} % WS 1.1 = 10 % Ustawianie wartości WO \setWO{1}{00} % WO 1.1 = 15 \setWO{2}{00} % WO 1.1 = 15 \setWO{3}{00} % WO 1.1 = 15 \setWO{4}{00} % WO 1.1 = 15 \setWO{5}{00} % WO 1.1 = 15 \setWO{6}{00} % WO 1.1 = 15 \setWO{7}{00} % WO 1.1 = 15 \setWO{8}{00} % WO 1.1 = 15 \setWO{9}{00} % WO 1.1 = 15 \setWO{10}{00} % WO 1.1 = 15 \setWO{11}{00} % WO 1.1 = 15 %---- Tytuł + miejsce na dane ucznia ------------------------------------------- \begin{center} {\LARGE\bfseries Rozbudowane zadanie z ciągu geometrycznego}\\[6pt] \textbf{Maksymalna liczba punktów: 12 (przykład)}\\[2pt] \end{center} \vspace{1em} \noindent \textbf{Imię i nazwisko:} \rule{0.6\textwidth}{0.4pt}\\[4pt] \textbf{Klasa / Grupa:} \rule{0.3\textwidth}{0.4pt} \vspace{1em} \newpage \setWS{4}{04} % WS 1.1 = 10 \setWO{1}{02} % WO 1.1 = 15 \setWO{8}{02} % WO 1.1 = 15 \setWO{4}{01} % WO 1.1 = 15 \setWO{5}{01} % WO 1.1 = 15 \setWO{9}{01} % WO 1.1 = 15 \setWO{10}{01} % WO 1.1 = 15 %============================================================================== \section*{Treść zadania} \begin{taskbox}[title={Zadanie z ciągu geometrycznego (rozszerzone)}] DDany jest ciąg geometryczny \((a_n)\) określony wzorem: \[ a_n = 5 \cdot (-2)^{\,n-1} \quad \text{dla } n \ge 1. \] Wykonaj następujące polecenia: \begin{enumerate}[label=\bfseries \arabic*)] \item Oblicz sumę pierwszych 6 wyrazów ciągu. \item Wyznacz ten wyraz ciągu, który ma wartość \(-80\). \item Uzasadnij, czy ciąg \((a_n)\) jest ograniczony z~góry lub z~dołu (lub oba). \item Przedstaw \emph{graficznie} (punktowo) wartości ciągu dla \(n = 1,2,3,4,5,6\) i opisz jego własności (np.~monotoniczność, zmienność znaku). \end{enumerate} \end{taskbox} % \vspace{1em} \newpage \begin{solutionbox}[title={Zestawienie zadań i przypisanych wymagań}] % Ustawiamy wielkość czcionki na 8pt (z odpowiednim interlinią, np. 9.6pt) % \fontsize{8pt}{9.6pt}\selectfont \fontsize{10pt}{12pt}\selectfont % \fontsize{12pt}{14.4pt}\selectfont \textbf{Każdy \WS{} i \WO{} otrzymuje 1 pkt zgodnie z \textbf{SO}.} \begin{itemize}[leftmargin=1.5em,label=\textbf{--}] \item \textbf{Zadanie 1: Oblicz sumę 6 wyrazów ciągu} \begin{itemize}[leftmargin=2.5em,label=\(\bullet\)] \item \WS{1.4} \textbf{[1 pkt]} \\ \emph{(PP: „Stosuje wzory i własności ciągów geometrycznych”)} \begin{itemize}[leftmargin=3.5em,label=\(\circ\)] \item \WO{1.1} \textbf{[1 pkt]} \\ \emph{(PP: „Wykonywanie obliczeń na liczbach rzeczywistych”)} \\ \quad \textcolor{violet}{\textit{Komentarz: obliczenie sumy ciągu, podstawianie do wzoru.}} \item \WO{4.1} \textbf{[1 pkt]} \\ \emph{(PP: „Samodzielne uzasadnianie poprawności toku rozumowania”)} \\ \quad \textcolor{violet}{\textit{Komentarz: wytłumaczenie, dlaczego wzór na sumę jest prawidłowy.}} \end{itemize} \end{itemize} \item \textbf{Zadanie 2: Wyznacz wyraz ciągu równy \(-80\)} \begin{itemize}[leftmargin=2.5em,label=\(\bullet\)] \item \WS{1.4} \textbf{[1 pkt]} \\ \emph{(PP: „Stosuje wyraz ogólny ciągu w zadaniach praktycznych i teoretycznych”)} \begin{itemize}[leftmargin=3.5em,label=\(\circ\)] \item \WO{1.1} \textbf{[1 pkt]} \\ \emph{(PP: „Rozwiązywanie równań, w~szczególności wykładniczych”)} \\ \quad \textcolor{violet}{\textit{Komentarz: w~tym miejscu występuje równanie \(5\cdot(-2)^{k-1}=-80\).}} \item \WO{4.2} \textbf{[1 pkt]} \\ \emph{(PP: „Dostrzeganie regularności i uogólnianie”)} \\ \quad \textcolor{violet}{\textit{Komentarz: zauważenie naprzemiennego znaku wyrazów i~postępu geometrycznego.}} \end{itemize} \end{itemize} \item \textbf{Zadanie 3: Uzasadnij ograniczenie ciągu (lub jego brak)} \begin{itemize}[leftmargin=2.5em,label=\(\bullet\)] \item \WS{1.4} \textbf{[1 pkt]} \\ \emph{(PP: „Analiza monotoniczności i granic ciągów geometrycznych”)} \begin{itemize}[leftmargin=3.5em,label=\(\circ\)] \item \WO{4.1} \textbf{[1 pkt]} \\ \emph{(PP: „Stosowanie rozumowań dedukcyjnych i~dowodów w matematyce”)} \\ \quad \textcolor{violet}{\textit{Komentarz: argumentacja dotycząca istnienia/nieistnienia ograniczeń.}} \item \WO{4.3} \textbf{[1 pkt]} \\ \emph{(PP: „Opracowywanie strategii rozwiązywania problemów”)} \\ \quad \textcolor{violet}{\textit{Komentarz: wybór podejścia do badania ograniczoności, np. ilorazu \(\frac{a_{n+1}}{a_n}\).}} \end{itemize} \end{itemize} \item \textbf{Zadanie 4: Graficzna reprezentacja ciągu (narysuj punkty)} \begin{itemize}[leftmargin=2.5em,label=\(\bullet\)] \item \WS{1.4} \textbf{[1 pkt]} \\ \emph{(PP: „Prezentowanie zagadnień matematycznych w różnych formach graficznych”)} \begin{itemize}[leftmargin=3.5em,label=\(\circ\)] \item \WO{3.1} \textbf{[1 pkt]} \\ \emph{(PP: „Stosowanie obiektów matematycznych, np. układu współrzędnych, do opisu sytuacji”)} \\ \quad \textcolor{violet}{\textit{Komentarz: narysowanie punktów \((n,a_n)\) dla określonych \(n\).}} \item \WO{3.2} \textbf{[1 pkt]} \\ \emph{(PP: „Interpretowanie wykresów i wyciąganie wniosków z przedstawionych danych”)} \\ \quad \textcolor{violet}{\textit{Komentarz: omówienie, jak kształtuje się ciąg (monotoniczność, znak, itp.).}} \end{itemize} \end{itemize} \end{itemize} \textbf{Suma punktów:} \begin{itemize}[noitemsep] \item \textbf{Zadanie 1:} \begin{itemize}[noitemsep] \item $N_{W_S} = 1$, $w_{s_1} = 1$, \item $N^1_{W_O} = 2$, $w_{o_1} = 1$, $w_{o_2} = 1$. \item Częściowa punktacja: \(1 \times (1 + 1) = 2\)~pkt. \end{itemize} \item \textbf{Zadanie 2:} \begin{itemize}[noitemsep] \item $N_{W_S} = 1$, $w_{s_1} = 1$, \item $N^1_{W_O} = 2$, $w_{o_1} = 1$, $w_{o_2} = 1$. \item Częściowa punktacja: \(1 \times (1 + 1) = 2\)~pkt. \end{itemize} \item \textbf{Zadanie 3:} \begin{itemize}[noitemsep] \item $N_{W_S} = 1$, $w_{s_1} = 1$, \item $N^1_{W_O} = 2$, $w_{o_1} = 1$, $w_{o_2} = 1$. \item Częściowa punktacja: \(1 \times (1 + 1) = 2\)~pkt. \end{itemize} \item \textbf{Zadanie 4:} \begin{itemize}[noitemsep] \item $N_{W_S} = 1$, $w_{s_1} = 1$, \item $N^1_{W_O} = 2$, $w_{o_1} = 1$, $w_{o_2} = 1$. \item Częściowa punktacja: \(1 \times (1 + 1) = 2\)~pkt. \end{itemize} \end{itemize} \textbf{Łącznie: } \(2 + 2 + 2 + 2 = \boxed{8}\)~pkt. \end{solutionbox} %------------------------------------------------------------------------------ \vspace{1em} %------------------------------------------------------------------------------ \section*{Kroki rozwiązania --- struktură drzewiasta (bez pakietu forest)} %------------------------------------------------------------------------------ \begin{solutionbox}[title={Krok 1: Obliczenie sumy pierwszych 6 wyrazów}] \textbf{Cel}: Obliczyć \(\displaystyle S_6 = a_1 + a_2 + \dots + a_6.\) \begin{itemize}[label=$\bullet$] \item \textcolor{red!60}{\WS{1.4}} \textbf{[2 pkt]}: Stosuje wzory na ciągi geometryczne (szczegół). \begin{itemize}[label=$\circ$] \item \ok{} \textcolor{darkgreen}{\WO{1.1}} \textbf{[2 pkt]}: \begin{itemize}[label=$\diamond$] \item \textcolor{blue!60}{\WOGPrec}: \[ \text{Obliczenia sumy: } S_6 = a_1 \cdot \frac{1 - q^6}{1 - q},\; a_1 = 5,\; q = -2. \] \end{itemize} \end{itemize} \item \textcolor{red!60}{\WS{1.4}} \textbf{[1 pkt]}: Uzasadnienie poprawności wzoru. \begin{itemize}[label=$\circ$] \item \ok{} \textcolor{darkgreen}{\WO{4.1}} \textbf{[1 pkt]}: \begin{itemize}[label=$\diamond$] \item \textcolor{blue!60}{\WOGPrec}: Zastosowany został standardowy wzór na sumę ciągu geometrycznego, \(\displaystyle S_n = a_1 \frac{1-q^n}{1-q}\). \end{itemize} \end{itemize} \end{itemize} \end{solutionbox} \vspace{1em} %------------------------------------------------------------------------------ \begin{solutionbox}[title={Krok 2: Wyznaczenie wyrazu ciągu równego \(-80\)}] \textbf{Cel}: Rozwiązać równanie \(\displaystyle a_k = -80\). \begin{itemize}[label=$\bullet$] \item \textcolor{red!60}{\WS{1.4}} \textbf{[2 pkt]}: Wykorzystanie wzoru na wyraz ogólny. \begin{itemize}[label=$\circ$] \item \ok{} \textcolor{darkgreen}{\WO{1.1}} \textbf{[2 pkt]}: \begin{itemize}[label=$\diamond$] \item \textcolor{blue!60}{\WOGPrec}: \[ a_k = 5\cdot(-2)^{k-1} = -80. \quad \Rightarrow \quad (-2)^{k-1} = -\frac{80}{5} = -16. \] \[ \text{Należy znaleźć } k \text{ takie, że } (-2)^{k-1} = -16. \] \end{itemize} \end{itemize} \item \textcolor{red!60}{\WS{1.4}} \textbf{[1 pkt]}: Dostrzeganie regularności zmian znaku ciągu. \begin{itemize}[label=$\circ$] \item \ok{} \textcolor{darkgreen}{\WO{4.2}} \textbf{[1 pkt]}: \begin{itemize}[label=$\diamond$] \item \textcolor{blue!60}{\WOGPrec}: Każdy kolejny wyraz mnożymy przez \(-2\). \(\displaystyle -16\) to \((-2)^4\) z~minusem w~„środku”: \[ (-2)^4 = 16, \quad (-2)^5 = -32, \quad (-2)^3 = -8, \dots \] Zatem \(k-1=4\) i \(\,k=5\) (sprawdź znak!). \end{itemize} \end{itemize} \end{itemize} \end{solutionbox} \vspace{1em} %------------------------------------------------------------------------------ \begin{solutionbox}[title={Krok 3: Uzasadnienie ograniczenia ciągu (z góry lub z dołu)}] \textbf{Cel}: Sprawdzić, czy \((a_n)\) jest ograniczony. \begin{itemize}[label=$\bullet$] \item \textcolor{red!60}{\WS{1.4}} \textbf{[2 pkt]}: Analiza wielkości wyrazów. \begin{itemize}[label=$\circ$] \item \ok{} \textcolor{darkgreen}{\WO{4.1}} \textbf{[2 pkt]}: \begin{itemize}[label=$\diamond$] \item \textcolor{blue!60}{\WOGPrec}: \[ |a_n| = |5 \cdot (-2)^{n-1}| = 5 \cdot 2^{n-1}, \] co \emph{rośnie} wraz z~\(n\). Zatem nie jest ograniczony z~góry. \end{itemize} \end{itemize} \item \textcolor{red!60}{\WS{1.4}} \textbf{[1 pkt]}: Strategia dowodzenia (gdzie występuje ograniczenie). \begin{itemize}[label=$\circ$] \item \ok{} \textcolor{darkgreen}{\WO{4.3}} \textbf{[1 pkt]}: \begin{itemize}[label=$\diamond$] \item \textcolor{blue!60}{\WOGPrec}: Ponieważ wyrazy mają naprzemienny znak (+/–), w~jednych krokach są dodatnie i~rosną \emph{wartościowo}, w~innych ujemne (o~coraz większej wartości bezwzględnej). Ciąg \emph{nie jest} ograniczony ani z~góry, ani z~dołu (wartości ujemne też rosnąco \emph{maleją}). \end{itemize} \end{itemize} \end{itemize} \end{solutionbox} \vspace{1em} %------------------------------------------------------------------------------ \begin{solutionbox}[title={Krok 4: Graficzna reprezentacja ciągu (dla n=1..6)}] \textbf{Cel}: Narysować punkty \((n, a_n)\) i~zinterpretować. \begin{itemize}[label=$\bullet$] \item \textcolor{red!60}{\WS{1.4}} \textbf{[2 pkt]}: Wykres punktowy (obiekt matematyczny). \begin{itemize}[label=$\circ$] \item \ok{} \textcolor{darkgreen}{\WO{3.1}} \textbf{[2 pkt]}: \begin{itemize}[label=$\diamond$] \item \textcolor{blue!60}{\WOGPrec}: Nanosimy na płaszczyznę punkty: \[ (1,5), (2,-10), (3,20), (4,-40), (5,80), (6,-160). \] \end{itemize} \end{itemize} \item \textcolor{red!60}{\WS{1.4}} \textbf{[1 pkt]}: Interpretacja reprezentacji (monotoniczność, tendencje). \begin{itemize}[label=$\circ$] \item \ok{} \textcolor{darkgreen}{\WO{3.2}} \textbf{[1 pkt]}: \begin{itemize}[label=$\diamond$] \item \textcolor{blue!60}{\WOGPrec}: Widzimy naprzemienne przejścia przez wartości dodatnie i~ujemne, przy czym \(|a_n|\) rośnie dwukrotnie z~każdym krokiem. \end{itemize} \end{itemize} \end{itemize} \end{solutionbox} \vspace{1em} \section*{Uwagi końcowe (przykładowe obliczenia)} \begin{itemize} \item \(\displaystyle S_6\) można wyliczyć: \[ S_6 = 5 \cdot \frac{1 - (-2)^6}{1-(-2)} = 5 \cdot \frac{1 - 64}{1 + 2} = 5 \cdot \frac{-63}{3} = 5 \cdot (-21) = -105. \] \item Warunek \(\,a_k = -80\) daje \(\,k = 5\) (warto sprawdzić znak). \item \(|a_n|\) rośnie wykładniczo, więc ciąg nie jest ograniczony. \item Wykres: punkty „skaczą” raz w~dół, raz w~górę, z~rozwijającą się wartością bezwzględną. \end{itemize} \end{document}