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無窮等比級數

高中 12 年級 · 微積分

觀念

1/21/41/81/161/321/2 + 1/4 + 1/8 + ⋯ = 1

∣r∣<1|r|<1 時 rn→0r^n\to0,所以等比級數的前 nn 項和 a(1−rn)1−r\dfrac{a(1-r^n)}{1-r} 收斂到 a1−r\dfrac{a}{1-r};∣r∣≥1|r|\ge1 則發散。循環小數就是無窮等比級數:0.3‾=3/101−1/10=130.\overline{3}=\dfrac{3/10}{1-1/10}=\dfrac{1}{3}。

例:1+12+14+⋯=21+\dfrac{1}{2}+\dfrac{1}{4}+\cdots=2;球從 10 公尺落下每次反彈 12\dfrac{1}{2},總路徑 =10+2⋅51−1/2=30=10+2\cdot\dfrac{5}{1-1/2}=30 公尺。

「無限多項加起來是有限值」是微積分的核心直覺,也是年金現值、碎形面積與機率母函數的工具。

例題

把循環小數 0.2555…0.2555\ldots 化成最簡分數。

看解法與答案

不循環的部分先拆出來:0.25‾=210+(5100+51000+⋯ )0.2\overline{5} = \dfrac{2}{10} + \left(\dfrac{5}{100} + \dfrac{5}{1000} + \cdots\right)。

括號是首項 5100\dfrac{5}{100}、公比 110\dfrac{1}{10} 的級數:5100÷910=590\dfrac{5}{100} \div \dfrac{9}{10} = \dfrac{5}{90}。

通分相加:210+590=1890+590=2390\dfrac{2}{10} + \dfrac{5}{90} = \dfrac{18}{90} + \dfrac{5}{90} = \dfrac{23}{90}。

答案: 2390\frac{23}{90}

用在哪裡

插畫

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講解影片

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先學會

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