无穷递缩等比数列(infinite shrink geometric progression)是一种重要的
等比数列,即
公比q满足|q|<1的无穷等比数列{an}。无穷递缩等比数列及其它无穷数列的求和问题,主要用到
数列求和方法、等比数列的求和公式、
数列极限等知识。
基本介绍
若一个
等比数列{an}有无穷多项,并且它的
公比q满足|q|<1,则称{an}为无穷递缩等比数列。
无穷递缩等比数列求和
设无穷递缩等比数列{an}的前n项和为S,则 叫作这个无穷递缩等比数列 时的和,并且
证明设无穷递缩等比数列{an}当时的前n项和为S,根据前n项和公式
令 ,则
注意到|q|<1,则
故
此证明过程用到了
极限思想,极限思想是数学史上一颗璀璨明珠,它既是整个
微积分的基础,又在实际生活中有着重要的应用,
刘徽的
割圆术是极限应用的辉煌范例之一。
例如,把
纯循环小数 化为分数,因为 ,可以看做是求首项为12/100,公比为q=1/100的
无穷等比数列的各项和,所以
例题解析
【例1】连续计息时终值与现值的计算。
解 设P为本金(现值),r为年利率。
如果一年计息一次,那么n年末本利和为;
如果一年计息两次(即每半年计息一次),每次利率为r/2,则n年总共计息2n次,本利和为:;
类似地,如果一年计息m次,则n年总共计息mn次,本利和为。
如果连续复利计息(随时计算利息,一年计算无穷多次利息),那么n年末本利和就是当时,的极限,即
即年利率为r连续计息时现值P到n年末的终值为Pern;反之,n年末的终值Pn的现值为。
【例2】由实验知,某种细菌繁殖的速度在正常条件下与现有的细菌数量A0成正比,即V=kA0(k>o),问经过时间t以后细菌的数量是多少?
解 为了计算出t时刻细菌的数量,可将时间间隔[0,t]分成n等份,由于细菌的繁殖是连续变化的,在很短的时间内细菌的数量变化很小,其繁殖速度可近似看作不变,因此,在第一段时间[0,t/n]内细菌繁殖的数量为,第一段时间末细菌的数量为;同样,第二段时间末的细菌数量为;以此类推,到最后一段时间末细菌的数量为。
显然,这是一个近似值,可以看出,当时间间隔分得越小(即n越大)时,这个值越接近精确值,若对时间间隔无限细分(即),则可求其精确值。所以经过时间t后细菌的总数是