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級數與 Σ 求和

高中 10 年級 · 代數

觀念

123452(1+2+3+4+5) = 5 × 6 → 和 = 15

級數就是把數列的項加起來。等差級數 Sn=n(a1+an)2S_n=\dfrac{n(a_1+a_n)}{2}(首尾配對);等比級數在 r≠1r\ne1 時 Sn=a1(1−rn)1−rS_n=\dfrac{a_1(1-r^n)}{1-r}(錯位相減),r=1r=1 時 Sn=na1S_n=na_1。Σ\Sigma 記號的三個常用公式:∑k=1nk=n(n+1)2\sum_{k=1}^{n} k=\dfrac{n(n+1)}{2}、∑k=1nk2=n(n+1)(2n+1)6\sum_{k=1}^{n} k^2=\dfrac{n(n+1)(2n+1)}{6}、∑k=1nk3=(n(n+1)2)2\sum_{k=1}^{n} k^3=\left(\dfrac{n(n+1)}{2}\right)^2,而且 Σ\Sigma 是線性的,可以拆項、提出常數。

例:∑k=110(3k+1)=3⋅55+10=175\sum_{k=1}^{10}(3k+1)=3\cdot55+10=175。遇到 1k(k+1)\dfrac{1}{k(k+1)} 就拆成 1k−1k+1\dfrac{1}{k}-\dfrac{1}{k+1},相加後中間全部抵消。

級數是積分(無限多個小面積相加)與機率期望值的前身。

例題

計算 ∑k=113(5k−4)\displaystyle\sum_{k=1}^{13} (5k-4)。

看解法與答案

把 Σ\Sigma 拆開:∑(5k−4)=5∑k+(−4)⋅13\sum (5k-4) = 5\sum k + (-4) \cdot 13。

∑k=113k=13⋅142=91\sum_{k=1}^{13} k = \dfrac{13 \cdot 14}{2} = 91,所以總和 =5⋅91+(−4)⋅13=455−52=403= 5 \cdot 91 + (-4) \cdot 13 = 455 - 52 = 403。

答案: 403403

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