MATHEMATICS
Learner’s Study and
 Revision Guide for
     Grade 12
SEQUENCES & SERIES 
                                                             
            Revision Notes, Exercises and Solution Hints 
                                by 
                       Roseinnes Phahle 
                                
  Examination Questions by the Department of Basic Education 
Preparation for the Mathematics examination brought to you by Kagiso Trust 
Contents 
Unit 4
Arithmetic sequence                                                               3 
Geometric sequence                                                                4 
Quadratic sequence                                                                5 
Summing up sequences                                                              6 
Convergence and sum to infinity of a geometric series                             8 
Sigma notation                                                                    9 
Answers                                                                           10 
Examination questions with solution hints and answers                             11 
More questions from past examination papers                                       17 
Answers                                                                           25 
How to use this revision and study guide
1. Study the revision notes given at the beginning. The notes are interactive in that in some parts you 
are required to make a response based on your prior learning of the topic from your teacher in class or 
from a textbook. Furthermore, the notes cover all the Mathematics from Grade 10 to Grade 12. 
2. “Warm‐up” exercises follow the notes. Some exercises carry solution HINTS in the answer section. Do 
not read the answer or hints until you have tried to work out a question and are having difficulty. 
3. The notes and exercises are followed by questions from past examination papers. 
4. The examination questions are followed by blank spaces or boxes inside a table. Do the working out 
of the question inside these spaces or boxes. 
5. Alongside the blank boxes are HINTS in case you have difficulty solving a part of the question. Do not 
read the hints until you have tried to work out the question and are having difficulty. 
6. What follows next are more questions taken from past examination papers. 
7. Answers to the extra past examination questions appear at the end. Some answers carry HINTS and 
notes to enrich your knowledge. 
8. Finally, don’t be a loner. Work through this guide in a team with your classmates. 
Sequences & Series 
                                   REVISION UNIT 4:  SEQUENCES & SERIES 
ARITHMETIC SEQUENCES 
Let the first term of a sequence be  a . 
Let the difference between successive terms be  d . 
Then the following is what is called an arithmetic sequence: 
           a; a + d ; a + 2d ; a + 3d ; a + 4d ; .......... .......... .......  
The terms of the sequence can be denoted by 
           T1 ; T2 ; T3 ; T4 ; T5 ; ................; Tn ; ................;  
where  Tn  is the  n th term. 
This means that                                                        The  n th term is also called the general term. 
                                                                                  T1 = a                                                       In order to write an expression for the  n th term:                                                                         
          T2 = a + d                                                   To determine if the sequence is arithmetic. This 
                                                                       you do by verifying there is a common difference 
          T3 = a + 2d                                                   d between successive terms:                                                                                    
                                                                            T − T1 = T3 − T2 = T4 − T3 = ............ = d  
          T4 = a + 3d                                                        2                                                                                                                                                 
and so on. 
                                                                       EXERCISE 4.1                                                                                  
We can deduce the  n th term as follows: 
                                                                          1. Find an expression for the  n th term of the  
                                                                               sequence ‐5;  3;  11;  19;  …………… 
          T1 = a = (1 − 1)a                                                        
                                                                          2. Find the number of terms  in the following 
          T2 = a + d = a + (2 − 1)d                                            arithmetic sequence:                                                                                    
          T3 = a + 2d = a + (3 − 1)d                                              1;  6;  11;  16; ……………..; 486                                                                                               
          T4 = a + 3d = a + (4 − 1)d                                      3. Find the 18th term of a series that has an  n th
                                                                               term given by  (5 + 2n )  
so that (you complete statement)                                                   
                                                                          4. In an arithmetic sequence  T4 = 93  and 
          Tn =                                                               T11 = 44 ; find  a and  d .                                                                          
                                                                   3 
 
Preparation for the Mathematics examination brought to you by Kagiso Trust 
GEOMETRIC SEQUENCES  
Let the first term of a sequence be  a . 
Let the ratio between successive terms be  r . 
Then the following is what is called an geometric sequence: 
           a; ar; ar 2 ; ar 3 ; ar 4 ; ...........................  
The terms of the sequence can be denoted by 
           T1 ; T2 ; T3 ; T4 ; T5 ; ................; Tn ; ................;  
where  Tn  is the  n th term. 
This means that                                                    
                                                                  The  n th term is also called the general term. 
           T1 = a                                                  
                                                                  In order to write an expression for the  n th term: 
           T2 = ar                                                 
                                                                  To determine if the sequence is geometric. This you 
                                                                  do by verifying there is a common ratio r between 
           T3 = ar 2  
                                                                  successive terms: 
                                                                   
           T4 = ar 3                                                    T ÷ T1 = T3 ÷ T2 = T4 ÷ T3 = ............ = r  
                                                                         2
                                                                   
           T5 = ar 4                                               
                                                                  EXERCISE 4.2 
and so on.  We can deduce the  n th term as                        
follows:                                                             1. Find an expression for the  n th term of the 
                                                                         sequence 5/64;  5/32;  5/1`6;  5/8;  …………… 
           T1 = a = ar 1−1                                                   
                                                                     2. Find the number of terms  in the following 
           
                                                                         geometric  sequence: 
           T2 = ar = ar 2−1                                                  
                                                                            24;  12;  6;  3; ……………..;  3 128  
           T3 = ar 2 = ar 3−1                                                
                                                                     3. Find the 4th term of a series that has an  n th term 
           T4 = ar 3 = ar 4−1                                             given by  27(4 3)
                                                                                              n −1
                                                                                                     . 
so that (you complete the statement)                                         
                                                                      4. In a geometric  sequence  T5 = 3 / 4  and 
          Tn =                                                            T12 = 96 ; find  a and  r . 
                                                                   
Sequences & Series 
QUADRATIC SEQUENCES 
We want to find an expression that would represent the following sequence of numbers: 
                                   3;   11;   23;   39;   59; 83;     …  … … … … .. 
Is the sequence arithmetic? 
Is the sequence geometric? 
 
It is neither. What we now do is to find the first and second differences as follows: 
Given sequence                                      3       11        23       39       59          83        . . . . . . 
First differences                                        8        12        16       20        24           . . . . . . .        
Second differences                                             4          4          4         4          . . . . .  
                                                     
 
A sequence with the same values for the second differences is called a QUADRATIC SEQUENCE. Because 
it is quadratic its general term or what is called the  n th term and symbolized by  Tn  must take the form 
of a quadratic such as  ax 2 + bx + c . Instead of  x  we use  n . Thus the expression or equation 
representing a quadratic sequence is 
                                                 Tn = an 2 + bn + c                             
Our task is to find the values of a, b and c. We first use this quadratic expression to write down  T1 ,   T2 ,   
T3  and so on; and then we find their first and second differences as follows: 
Putting  n = 1, 2, 3, . . . . . . .            we obtain: 
Sequence                            a+b+c              4a+2b+c            9a+3b+c              16a+4b+c             .  .  .  .  .  . 
First differences                                 3a+b                   5a+b                  7a+b                      .  .  .  . 
Second differences                                                 2a                        2a                          2a                  .  .  .  .  . 
 
Comparing the second differences,                                            T2 =4(2)+b(2)+c =8+2b+c =11 or 2b+c =3          (2) 
                                                                             
 we see that      2a = 4                                                    Subtract (1) from (2):  b = 2 
                                                                             
                              a =2                                          Substitute value of b in either (1) or (2): 
                                                                             
Thus     T1 = 2+b+c = 3 or b+c=1                              (1)                                     2+c=1 
                                                                             
  and                                                                                             So c = ‐1 
 
Thus putting the values of a=2, b=2 and c=‐1 in  Tn = an 2 + bn + c  we get the equation of the  n th term: 
                                                Tn = 2n 2 + 2n − 1  
                                                                            5 
 
Preparation for the Mathematics examination brought to you by Kagiso Trust 
EXERCISE 4.3 
Consider the sequence 5;  16;  29;  44;  61;  .  .  .  .  .  . 
4.3.1     Write down the next three terms of the sequence assuming that the pattern continues. 
4.3.2     Determine the  n th  term of the sequence. 
4.3.3     Find the position of the term 236 in the sequence. 
SERIES: SUMMING UP SEQUENCES 
The sum of the first  n terms of a series is denoted by  S n . 
Sum of the first  n terms of an arithmetic progression 
Write down the first  n terms of the an arithmetic sequence and add them up as shown below : 
S n = T1 + T2 + T3 + . . . . . . . . . . . . . + Tn −2 + Tn −1 + Tn  
Rewrite the sum of the first  n  in reverse order: 
S n = Tn + Tn −1 + Tn −2 + . . . . . . . . . . . . . + T2 + T1  
Now write each term in terms of  a, d and n . You need to work this out on a clean sheet of paper or the 
space below:           
in order to prove the results shown in the boxes below.  
Show that by adding the two series and simplifying noting that the  (a + d ) terms will cancel out the 
result will be  
Firstly                                                 
                                                                   Sn =
                                                                          n
                                                                            [2a + (n − 1)d ] 
                                                                          2                                                                                
Sequences & Series 
 
and secondly                                       
                                                                              
                                     Sn =
                                             n
                                               (a + l )    where  l = a + (n − 1)d   is the last term of the series 
                                             2
                                                                              
 
 
There are thus two formulae for evaluating the sum of the first  n terms of an arithmetic series. 
 
EXERCISE 4.4 
4.4.1      Given the series 1,25+3,50+5,75+8,00+  .  .  .  .  .  , write down the sum of the first  n terms and 
           hence find the value of  S16 . 
4.4.2  In an arithmetic series  S n = n(2n + 3) , find the 10th term. 
4.4.3  Calculate the sum of 5+9+13+ .  .   .   .  .  .  .  +57+61.  
Sum of the first  n terms of a geometric progression 
Here too you must follow the method above and rewrite the  T terms in terms of  a , r and n . 
 Complete the following statements (again, you will need a clean sheet of paper to do all this):  
            Sn =                                 
            rS n =   
Now by carrying out subtraction show that 
                                                                Sn =
                                                                         (
                                                                     a 1− rn
                                                                              
                                                                                 )
                                                                       1− r
                                                                          
 
If the common ration  r  is greater than 1, the formula is usually written more conveniently in the form 
                                                                 Sn =
                                                                         (
                                                                      a r n −1
                                                                                
                                                                                 )
                                                                        r −1
                                                                          
 
                                                                    7 
 
Preparation for the Mathematics examination brought to you by Kagiso Trust 
CONVERGENCE AND THE SUM TO INFINITY OF A GEOMETRIC PROGRESSION 
Any series whose sum does not approach some finite value as  n takes on larger and larger integer 
values is said to be divergent. In mathematical language,  n taking on larger and larger values is usually 
expressed as  n approaching or tending to infinity; in symbols, this is written as  n → ∞ . 
Without going into any details, a geometric series is divergent in the following cases:  r ≤ −1  and  r ≥ 1 . 
But what happens in the case  − 1 < r < 1  and when  n → ∞ ? 
To answer the question, let’s focus on  r n . 
Take any value of  r  that lies between ‐1 and +1. For example,  r = 0,5 . 
Then, for  n = 1 ,              r n = 0,51 = 0,5  
             n = 2 ,            r n = 0,5 2 = 0,25  
             n = 3 ,            r n = 0,5 3 = 0,125  
Can you see that  r n is becoming smaller as  n becomes larger? This can only happen if  − 1 < r < 1 . 
Take now more larger values of  n : 
When  n = 10 :                  r n = 0,510 = 9,765625 × 10 −4 or 0,0009765625  
When  n = 100 :                 r n = 0,5100 = 7,888609052 × 10 −31  
You need only look at the negative exponents of 10 to realize that  r n → 0 as  n → ∞  for  r = 0,5  which 
is a value of  r lying between ‐1 and +1. 
Thus if we write                Sn =
                                          (
                                     a 1− rn
                                              
                                                   )
                                       1− r
                                        a    a
in the form                     Sn =       −     ⋅rn 
                                       1− r 1− r
then if  − 1 < r < 1 and when  n → ∞ , we will have 
                                         a    a
                                S∞ =        −     ⋅0 
                                        1− r 1− r
                                         a
                                S∞ =          
                                        1− r
Sequences & Series 
which is known as the sum to infinity to which the sum of a geometric series converges if and only if 
− 1 < r < 1 , sometimes written as  r < 1 . 
EXERCISE 4.5 
    4.5.1          Evaluate  S10 for 150;  30;  6;  6/5;  .  .  .  .  .  . 
    4.5.2          Determine the 9th term in the above series and leave your answer as a fraction? 
    4.5.3          Determine  S ∞  for the above series. 
    4.5.4          For what values of  x  does the series 150;   30 x ;   6 x 2 ;   6 x 3 /5;  .  .  .  .  converge? 
    SIGMA NOTATION 
The sum to  n terms and the sum to infinity can be denoted in terms of sigma as follows: 
            n
S n = ∑ Ti = T1 + T2 + T3 + . . . . . . . + Tn  
        i =1
          ∞
S ∞ = ∑ Ti = T1 + T2 + T3 + . . . . . . . .
            i =1                                                
 
EXERCISE 4.6 
 
    4.6.1          Write 2+5+8+ . . . . . . up to the 10th term in sigma notation. 
 
                                 15
    4.6.2          Calculate    ∑ (4i − 3)  
                                 i =1
                                   30
    4.6.3          Calculate     ∑ (2r + 3)  
                                 r =15
                                                            
                                                     n
    4.6.4          For what value of  n does       ∑ (5r + 3)   first exceed 500? 
                                                    r =1
                                                                                                                         
                                                                        9 
 
Preparation for the Mathematics examination brought to you by Kagiso Trust 
                                                         ANSWERS
EXERCISE 4.1                                                           EXERCISE 4.5 
                                                                        
1.   Tn = 8n − 13                                                      4.5.1   S10 = 187,49998 ≅ 187,5
                                                                                                        
2.    n = 98                                                            
3.    T18 = 41                                                                      6
                                                                       4.5.2             
4.    a = 114; d = −7                                                             78125
                                                                        
EXERCISE 4.2                                                           4.5.3   S ∞ = 187,5  
1.   Tn = 5 ⋅ 2 n −7                                                    
                                                                       4.5.4     − 5 < x < 5  
2.    n = 12  
                                                                        
3.    T4 = 64                                                          EXERCISE 4.6 
           3                                                            
4.    a =     ;r = 2                                                              10
                                                                                  ∑ (3i − 1)  
          64                                                           4.6.1   
                                                                                  i =1
EXERCISE 4.3                                                            
                                                                       4.6.2  435 
4.3.1  80;  101;  124;  .   .   .                                       
4.3.2   Tn = n 2 + 8n − 4                                              4.6.3  HINT:  
4.3.3  12th position (reject ‐20 because the position                   
                                                                        30                  30       14
must be given by a positive integer) 
                                                                       ∑ (2r + 3) = ∑ (2r + 3) − ∑ (2r + 3)  
                                                                       r =15                r =1    r =1
EXERCISE 4.4 
                                                                        
4.4.1   S n =
              n
                (2,25n + 0,25) ;   S16 = 290                           Answer is 762 
              2                                                         
4.4.2   T10 = 41 (HINT:  S10 − S 9 = T10 . Can you                     4.6.4  HINT: If the expression does not factorise 
reason this out?)                                                      then use an approximate or graphical  
4.4.3  You must first find  n =15.  S15 = 495                          method to find an   n  such that  S n > 500 . 
                                                                        
                                                                       Answer is  n = 14  
 
                                           
Sequences & Series 
PAPER 1  QUESTION 2                            DoE/ADDITIONAL EXEMPLAR 2008 
PAPER 1  QUESTION 3                            DoE/ADDITIONAL EXEMPLAR 2008 
                                     11 
 
Preparation for the Mathematics examination brought to you by Kagiso Trust 
PAPER 1  QUESTION 2                                                                  DoE/ADDITIONAL EXEMPLAR 2008 
Number             Hints and answers                                          Work out the solutions in the boxes below 
  2.1   First, determine if the sequence is                          
        geometric or arithmetic.          
        If arithmetic, d = what? 
        If geometric, r = what?          
        Then use the appropriate formula 
        from the formula sheet for the  n th  
        term to find  n .                                                       
        Answer: 
         n =112 
 2.2.1  You should be able to determine the                          
        common ratio r.                   
        Answer: 
                    p
              r=       
                    3
    2.2.2     The formula for convergence is given                   
              on the formula sheet.                
              Answer: 
               − 3 < p < 3, p ≠ 0  
    2.2.3     The formula for  S ∞ is also on the                    
              formula sheet.                                                                                                          
              Answer: 
               S ∞ = 486   
                                           
Sequences & Series 
PAPER 1  QUESTION 3                                                         DoE/ADDITIONAL EXEMPLAR 2008 
Number               Hints and answers                       Work out the solutions in the boxes below 
  3.1   Test if the sequence is arithmetic or     
        geometric.          
        Obviously it is not arithmetic. 
        So it must be either geometric or 
        quadratic or both.          
        Assume it is geometric in order to 
        show that Tebogo is right or wrong. If 
        geometric, see if the fourth term is 54.         
        Assume it is quadratic in order to 
        show that Thembe is right or wrong. If 
        quadratic, work out the fourth term to 
        see if it is 38.          
  3.2   Use the appropriate formula for each   
        case above.          
        NOTE: Formula for the  n th  term of a 
        quadratic sequence does not appear 
        on the formula sheet given to you in 
        the exam. So memorise the formula 
        and how it is used to find the  n th  
        term.          
        Answer: 
        Thembe’s sequence: 
        Tn = 4n 2 − 8n + 6  
              Tebogo’s sequence:  2.3 n −1  
    3.3       The 11th term is easily obtained by       
              using the  n th  term found above.                
              Answer: 
              T11 = 402  
    3.4       Use the appropriate formula to set up     
              an equation to solve for  n .                                              
              Answer: 
               n = 12   
                                                       13 
 
Preparation for the Mathematics examination brought to you by Kagiso Trust 
PAPER 1  QUESTION 2                                                                   DoE/NOVEMBER 2008 
PAPER 1  QUESTION 3                                                                   DoE/NOVEMBER 2008 
 
Sequences & Series 
PAPER 1  QUESTION 2                                                                    DoE/NOVEMBER 2008 
Number             Hints and answers                             Work out the solutions in the boxes below 
 2.1.1  Simply by inspection you should tell if   
        the sequence is arithmetic or 
        geometric.          
        If neither, see if alternate terms are.          
        Clearly, the alternate terms are simple 
        cases of recognizable patterns.          
 2.1.2  How many terms will there be in each   
        sequence of alternate terms?          
        Answer that and then apply the right 
        formula to work out their sums.          
        Add the sums to get the answer.                            
        Answer: 
         S 50 = 1001,00  
    2.2.1     Test by inspection if the sequence is         
              arithmetic or geometric.                
              If neither, test if it is quadratic.                
              If so, work out the next two terms.                               
              Answer: You write it down. 
    2.2.2     Use the appropriate formula to work           
              out the  n th  term.                               
              Answer: 
              Tn = n 2 + 7n = n(n + 7 )  
    2.2.3     Put  Tn = 330 and solve.                                                                   
              Answer: 
              15th term is 330.  
                                                           15 
 
Preparation for the Mathematics examination brought to you by Kagiso Trust 
PAPER 1  QUESTION 3                                                                                 DoE/NOVEMBER 2008 
Number               Hints and answers                                        Work out the solutions in the boxes below 
  3.1   What is  a = ?                                                         
        What is  r = ?           
        Use the appropriate formula to find 
        the  n th  term.                            
        Answer: 
        Tn = 2 4−n x n +1           
        This answer can be written in several 
        ways. If yours is not in this form, see if 
        you can manipulate it to be like this. 
  3.2   What is the condition for the series to                       
        converge?          
        Substitute for  r in this condition and 
        solve.                            
        Answer: 
         − 2 < x < 2 
  3.3   What is the formula for the sum to                            
        infinity?          
        Substitute for  r in this formula and 
        solve.                                                       
        Answer: 
         S ∞ = 72                                   
Sequences & Series 
      MORE QUESTIONS FROM PAST EXAMINATION PAPERS
Exemplar 2008
                          17 
 
Preparation for the Mathematics examination brought to you by Kagiso Trust 
Preparatory Examination 2008
Sequences & Series 
Feb – March 2009
                      19 
 
Preparation for the Mathematics examination brought to you by Kagiso Trust 
Sequences & Series 
November 2009 (Unused paper)
                          21 
 
Preparation for the Mathematics examination brought to you by Kagiso Trust 
November 2009 (1)
Sequences & Series 
Feb – March 2010
                      23 
 
Preparation for the Mathematics examination brought to you by Kagiso Trust 
Sequences & Series 
                                           ANSWERS
Exemplar 2008                                                  Feb/March 2009 
3.1  2; 21                                                                          2
3.2  5250                                                      2.1.1    S 2 =          
                                                                                    3
                                                                
4.1  130;  173                                                                3
4.2   Tn = 3n 2 + 4n − 2                                       2.1.2    S 3      
                                                                              4
4.3   n = 20                                                    
                                                                                    4
                  1 3   9                                      2.1.3    S 4 =          
5.1  Pattern 3:    +  +                                                             5
                  4 16 64                                       
                                                                                      n
                                                               2.2        S n =           
                                                                                    n +1
                        1 3  9   27
       Pattern 4:        + +   +                                
                        4 16 64 256                                                 2008
                                                               2.3        S n =           
                                                                                    2009
         n
            3k −1
5.2     ∑
        k =1 4
               k
                   
                                                                
                                                                
                                                               3.1     p = 3  
5.3    S = 1                                                    
                                                               3.2.1    T1 = −2  
Preparatory Examination 2008                                   3.2.2    d = 5  
3.1   14                                                        
3.2   S = 975                                                  3.3   After the first term ‐2, all the other terms end 
                                                                       in either 3 or an 8. Perfect squares never end  
4.1   T6 = 38                                                          in a 3 or an 8. 
        T7 = 51                                                 
                                                                
 
                                                               4.1    ‐34 
4.2   T p = p + 2  
                 2
                                                               4.2     Tn = −2n 2 + 6n + 2  
                                                                
4.3   p = 5  
                                                               4.3     T60 = −6838  
 
                                                                
5.1.1  Total amount = R511,50 
5.1.2  Yes; he will have enough money to but the                                                    15
                                                               5.1    Area of unshaded squares =        
           boots ( you must prove that this is the case).                                           16
                                                               5.2    Sum of unshaded squares of 1st seven  
5.2.1   0 < x < 4                                                       squares = 567 
                                                                
                     8   2                                      
5.2.2    S ∞ =         =2                                       
                     3   3
 
 
                                                             25 
 
Preparation for the Mathematics examination brought to you by Kagiso Trust 
November 2009 (Unused papers)                                          Feb/March 2010 
2.1   100km on the 21st day.                                           2.1    Tn = n 2 − 42n + 440  
2.2    S14 = 644km                                                     2.2    n = 20 or n = 22  
2.3   Not possible. For example,  T1000 = 4016km                        
         which cannot be covered in a single day by                    2.3   The lowest value is the 21st term. 
         cycling.                                                       
                                                                                    a(r n − 1)
3.1   45                                                               3.1    S n =             
                                                                                      r −1
3.2    Tn = n 2 + 4n                                                    
                                                                                       9
                                                                       3.2     S ∞ =
4.1    S n =
                (
               a 1− r   n
                            )                                                          2
                                                                                          
                 1− r                                                   
                                                                       4.1   30000 + 27000 + 24000 +  . . . . . + 0 
4.2.1  Series is convergent because  − 1 < r < 1                       4.2   After 11 years. 
                45                                                     4.3    x = 13250  
4.2.2   S ∞ =      = 22,5                                               
                2
 
4.3.1    S 24 = 67108860  
4.3.2     T24 = 2 25 or 33554432  
4.3.3     Tn = 2 n +1  
 
November 2009(1) 
2.1.1    Tn = 4n + 1  
2.1.2    Tn = 5(25)  
                        n −1
 
2.2       Nomsa is correct. 
 
3.1    ‐1;  2;  5 
3.2     S100 = 14750  
 
4.1      Tn = −2n + 3  
4.2     35th difference = ‐67 
4.3      Pn = − n 2 + 4n − 6  
4.4     The function has a maximum value of ‐2 and  
           so the  pattern will never have positive  
           values. 
 
5.1   Growth in 17th year is 3,08cm 
5.2   Height = 255,88cm 
5.3   The tree will never attain a height greater 
         than 312cm.