Обозначим первый член арифметической прогрессии как \( a \), а разность прогрессии как \( d \).
Тогда:
- 2-й член прогрессии: \( a + d \)
- 4-й член прогрессии: \( a + 3d \)
- 3-й член прогрессии: \( a + 2d \)
- 5-й член прогрессии: \( a + 4d \)
По условию задачи, если утроить 2-й член и прибавить 4-й, то получится 24:
\[ 3(a + d) + (a + 3d) = 24 \]
Упростим это:
\[ 3a + 3d + a + 3d = 24 \] \[ 4a + 6d = 24 \] \[ 2a + 3d = 12 \quad (1) \]
Теперь определим произведение 3-го и 5-го членов:
\[ P = (a + 2d)(a + 4d) \]
Раскроем скобки:
\[ P = a^2 + 4ad + 2ad + 8d^2 = a^2 + 6ad + 8d^2 \]
Теперь у нас есть выражение для \( P \), которое зависит от \( a \) и \( d \). Используя уравнение (1), выразим \( a \) через \( d \):
\[ 2a = 12 - 3d \implies a = 6 - \frac{3d}{2} \]
Подставим это значение \( a \) в выражение для \( P \):
\[ P = (6 - \frac{3d}{2})^2 + 6(6 - \frac{3d}{2})d + 8d^2 \]
Посчитаем каждую часть:
- \( (6 - \frac{3d}{2})^2 = 36 - 18d + \frac{9d^2}{4} \)
- \( 6(6 - \frac{3d}{2})d = 36d - 9d^2 \)
- \( 8d^2 \)
Теперь сложим всё:
\[ P = 36 - 18d + \frac{9d^2}{4} + 36d - 9d^2 + 8d^2 \] \[ = 36 + 18d - \frac{9d^2}{4} + 8d^2 \]
Сначала упростим:
\[ = 36 + 18d + \left(8d^2 - \frac{9d^2}{4}\right) \]
Чтобы объединить подобные члены, приведем всё к общему знаменателю:
\[ 8d^2 - \frac{9d^2}{4} = \frac{32d^2}{4} - \frac{9d^2}{4} = \frac{23d^2}{4} \]
Теперь у нас есть:
\[ P = 36 + 18d + \frac{23d^2}{4} \]
Для нахождения минимума функции \( P(d) = \frac{23d^2}{4} + 18d + 36 \), используем метод нахождения минимума квадратной функции. Минимум достигается в точке:
\[ d_{\text{min}} = -\frac{b}{2a} = -\frac{18}{2 \times \frac{23}{4}} = -\frac{18 \times 4}{46} = -\frac{72}{46} = -\frac{36}{23} \]
Таким образом, чтобы произведение 3-го и 5-го членов прогрессии было самым малым, разность прогрессии \( d \) должна быть равна \( -\frac{36}{23} \).