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等比级数的意思、等比级数的详细解释

关键字:

等比级数的解释

[geometric series] 几何级数,形如a+ar+ar 2 +ar 3 +…之级数

详细解释

数学用语。也称几何级数。从第二项始,以下任一项与前一项的比恒等的级数,如1+2+4+8+……。

词语分解

专业解析

等比级数,又称几何级数,是数学中一类特殊的数列求和形式。根据《现代汉语词典》的定义,等比级数指“每一项与前一项的比值恒定的数列之和”。其通项公式为: $$ a_n = a_1 cdot r^{n-1} $$ 其中,( a_1 )为首项,( r )为公比,( n )为项数。

在数学分析中,等比级数的求和公式为: $$ S_n = a_1 frac{1-r^n}{1-r} quad (r eq 1) $$ 当公比绝对值小于1(( |r| < 1 ))时,无穷等比级数收敛于 ( S = frac{a_1}{1-r} ),否则发散。

该概念广泛应用于金融复利计算、工程信号分析等领域。例如,《数学分析教程》指出,等比级数的收敛性是研究幂级数和傅里叶级数的基础。中国《中学数学教学参考》教材中,将等比级数列为高中数学的核心知识点之一,强调其与指数函数、对数函数的关联性。

网络扩展解释

等比级数(又称几何级数)是一种特殊的数列求和形式,其特点是每一项与前一项的比值保持恒定,这个固定比值称为公比(通常用 ( r ) 表示)。以下是详细解释:


定义

等比级数的一般形式为: $$ S = a + ar + ar + ar + cdots + ar^{n-1} + cdots $$ 其中:


收敛性

等比级数是否收敛(即是否有有限的求和结果)取决于公比 ( r ):

  1. 当 ( |r| < 1 ) 时,级数收敛,其和为: $$ S = frac{a}{1 - r} $$
  2. 当 ( |r| geq 1 ) 时,级数发散,无法求和到有限值。

举例

以首项 ( a = 2 )、公比 ( r = frac{1}{3} ) 的等比级数为例:


应用场景

等比级数常见于:

  1. 复利计算(如银行利息增长),
  2. 物理衰减问题(如放射性物质的半衰期),
  3. 分形几何中的自相似结构。

发散情况示例

若公比 ( r = 2 ),级数为 ( 1 + 2 + 4 + 8 + cdots ),此时 ( |r| geq 1 ),级数发散,和趋于无穷大。


总结来说,等比级数通过固定公比生成项,其收敛性由公比绝对值决定,广泛应用于科学和金融领域。

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