引入
一张纸对折 次,厚度能超过珠穆朗玛峰吗?
为什么等比数列的求和公式要分 和 两种情况?
一个无穷多项相加,凭什么能等于一个有限的数?
等比数列与等差数列并列为两类基本数列。它的增长方式不是”每次加同样的量”,而是”每次乘同样的倍数”,这导致了完全不同的增长曲线和求和结构。
正文
定义
从第二项起,每一项与前一项的比等于同一个常数 的数列称为等比数列, 称为公比。即
公比不能为 ,否则所有项从第二项起都是 ;首项也不能为 。
通项公式
推广形式:
与等差数列的对照
| 项目 | 等差数列 | 等比数列 |
|---|---|---|
| 定义 | ||
| 通项 | ||
| 中项 | ||
| 增长方式 | 线性 | 指数 |
| 求和 | 分 讨论 | |
| 角标和性质 |
“等差看和、等比看积”,这条对照规律能覆盖大部分性质记忆。
等比中项
若 、、 成等比数列,则
注意 ,等比中项有两个(同号时),而等差中项只有一个。这是两者最容易混淆的地方。
前 项和
为什么要分情况? 因为推导用的是”错位相减”:,即 。当 时两边同时为零,无法除以 ,必须单独处理。
错位相减法
用于求”等差 × 等比”型数列的和,例如 。
| 步骤 | 操作 |
|---|---|
| 1 | 写出 |
| 2 | 两边乘公比 ,得 ,右移一位对齐 |
| 3 | 两式相减,中间项构成等比数列 |
| 4 | 用等比求和公式计算,再除以 |
这个方法的名字就来自”错一位再相减”。
无穷等比级数
当 时,,于是
这是无穷项之和为有限值的典型例子。
| 公比 | 收敛性 |
|---|---|
| 收敛,和为 | |
| 发散( 时和为无穷, 时振荡) |
这个结论是 泰勒级数 收敛半径概念的具体实例: 就是收敛区间。
判定方法
| 方法 | 内容 |
|---|---|
| 定义法 | (常数) |
| 中项法 | 且各项非零 |
| 通项形式 | () |
| 求和形式 |
常见误区
| 错误说法 | 问题 |
|---|---|
| ” 可以等于 “ | 定义要求 |
| “等比中项只有一个” | 有两个,互为相反数 |
| ”求和公式不用分情况” | 时必须单独处理 |
| ”所有等比数列都可以求无穷和” | 仅 时收敛 |
| ”等比数列一定单调” | 时正负交替 |
引出
为什么 时无穷级数收敛?收敛速度由什么决定?
错位相减法能否推广到”多项式 × 等比”的求和?
等比数列的指数增长与复利、人口模型是什么关系?