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等比級數的意思、等比級數的詳細解釋

關鍵字:

等比級數的解釋

[geometric series] 幾何級數,形如a+ar+ar 2 +ar 3 +…之級數

詳細解釋

數學用語。也稱幾何級數。從第二項始,以下任一項與前一項的比恒等的級數,如1+2+4+8+……。

詞語分解

專業解析

等比級數,又稱幾何級數,是數學中一類特殊的數列求和形式。根據《現代漢語詞典》的定義,等比級數指“每一項與前一項的比值恒定的數列之和”。其通項公式為: $$ a_n = a_1 cdot r^{n-1} $$ 其中,( a_1 )為首項,( r )為公比,( n )為項數。

在數學分析中,等比級數的求和公式為: $$ S_n = a_1 frac{1-r^n}{1-r} quad (r eq 1) $$ 當公比絕對值小于1(( |r| < 1 ))時,無窮等比級數收斂于 ( S = frac{a_1}{1-r} ),否則發散。

該概念廣泛應用于金融複利計算、工程信號分析等領域。例如,《數學分析教程》指出,等比級數的收斂性是研究幂級數和傅裡葉級數的基礎。中國《中學數學教學參考》教材中,将等比級數列為高中數學的核心知識點之一,強調其與指數函數、對數函數的關聯性。

網絡擴展解釋

等比級數(又稱幾何級數)是一種特殊的數列求和形式,其特點是每一項與前一項的比值保持恒定,這個固定比值稱為公比(通常用 ( r ) 表示)。以下是詳細解釋:


定義

等比級數的一般形式為: $$ S = a + ar + ar + ar + cdots + ar^{n-1} + cdots $$ 其中:


收斂性

等比級數是否收斂(即是否有有限的求和結果)取決于公比 ( r ):

  1. 當 ( |r| < 1 ) 時,級數收斂,其和為: $$ S = frac{a}{1 - r} $$
  2. 當 ( |r| geq 1 ) 時,級數發散,無法求和到有限值。

舉例

以首項 ( a = 2 )、公比 ( r = frac{1}{3} ) 的等比級數為例:


應用場景

等比級數常見于:

  1. 複利計算(如銀行利息增長),
  2. 物理衰減問題(如放射性物質的半衰期),
  3. 分形幾何中的自相似結構。

發散情況示例

若公比 ( r = 2 ),級數為 ( 1 + 2 + 4 + 8 + cdots ),此時 ( |r| geq 1 ),級數發散,和趨于無窮大。


總結來說,等比級數通過固定公比生成項,其收斂性由公比絕對值決定,廣泛應用于科學和金融領域。

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