等比級数
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呼称
- 等比級数, 幾何級数 (geometric series)
概要
等比級数とは等比数列の総和である。
定義
初項 $a\ne 0$ 、公比 $r$ の等比級数は次式で定義される。
\[ \sum_{k=1}^\infty ar^{k-1} = a + ar + ar^2 +\cdots \]
部分和
初項 $a\ne 0$ 、公比 $r$ 、項数 $n$ の等比級数の部分和は、
\[ \sum_{k=0}^n ar^{k-1} = \frac{a(1-r^{n})}{1-r}, \quad (r\ne 1) \]
導出:
\[ \begin{aligned} \sum_{k=1}^n ar^{k-1} &= a + ar + ar^2 +\cdots + ar^{n-1} \cr (1-r)\sum_{k=0}^n ar^{k-1} &= (1-r)(a + ar + ar^2 +\cdots + ar^{n-1}) \cr &= a - ar^n \cr \cr \therefore \sum_{k=0}^n ar^{k-1} &= \frac{a(1-r^{n})}{1-r}, \quad (r\ne 1) \end{aligned} \]