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输入计算

数学公式

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结果

无穷等比数列之和
2
S = a / (1 − r)
首项 (a) 1
公比 (r) 0.5
是否收敛?(1=是,0=否) 是(|r| < 1)

什么是无穷等比数列?

无穷等比数列是把无穷多个项相加,其中每一项都由前一项乘以一个固定倍数(称为公比 \(r\))得到:\(a + ar + ar^2 + ar^3 + \dots\) 。当公比的绝对值足够小(即 \(|r| < 1\))时,各项会迅速趋近于零,整个数列的和也会逼近一个确定的有限值。这款计算器能瞬间帮你算出这个极限。

显示等比级数各项逐渐趋于零的条形图
当 \(|r| < 1\) 时,收敛等比级数的连续各项逐渐趋于零。

如何使用这款计算器

输入首项 a 和公比 r,即可直接读出数列之和。如果 \(|r| \geq 1\),计算器会提示该数列发散——因为各项不会趋于零,所以它没有有限的和。

公式详解

其闭式求和公式为 $$S = \frac{a}{1 - r}$$ 仅在 \(|r| < 1\) 时成立。它由有限项的部分和公式 $$S_n = \frac{a(1 - r^n)}{1 - r}$$ 推导而来。当 \(n\) 无限增大时,只要 \(|r| < 1\),就有 \(r^n \to 0\),于是结果化为 \(S = \frac{a}{1 - r}\)。如果 \(|r| \geq 1\),\(r^n\) 不会消失,部分和便会无限增大或来回振荡,数列因此发散。

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划分为二分之一、四分之一、八分之一的正方形,显示其和趋近于一
像 \(\frac{1}{2} + \frac{1}{4} + \frac{1}{8} + \dots\) 这样的等比级数填满一个单位正方形,其和为有限值。

实例演算

设 \(a = 1\),\(r = 0.5\)。由于 \(|0.5| < 1\),该数列收敛。于是 $$S = \frac{1}{1 - 0.5} = \frac{1}{0.5} = 2$$ 也就是说 \(1 + 0.5 + 0.25 + 0.125 + \dots = 2\)。

常见问题

如果 r 是负数怎么办?只要 \(|r| < 1\),公式依然适用。例如 \(a = 3\)、\(r = -0.5\) 时,$$S = \frac{3}{1 - (-0.5)} = \frac{3}{1.5} = 2$$

数列在什么情况下发散?只要 \(|r| \geq 1\)(例如 \(r = 2\) 或 \(r = -1\)),各项就永远不会趋于零,因此不存在有限的和。

如果 a = 0 呢?此时每一项都是 \(0\),所以和自然就是 \(0\)。

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