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과학

등비급수

등비급수과학
형태
a + ar + ar² + …
수렴 조건
a ≠ 0일 때 |r| < 1
무한합
a/(1−r)
첫 n항의 합
a(1−rⁿ)/(1−r), r ≠ 1
등비급수는 연속한 항의 비가 일정한 등비수열의 항들을 더한 급수다. 첫 항 a와 공비 r가 실수이고 a≠0일 때 무한등비급수는 |r|<1이면 수렴하며 합은 a/(1−r)다.

유한합의 공식

Sₙ=a+ar+…+arⁿ⁻¹에 r을 곱한 식을 빼면 (1−r)Sₙ=a(1−rⁿ)이다. r≠1이면 양변을 1−r로 나누어 부분합 공식을 얻는다. r=1이면 Sₙ=na로 따로 계산한다.

무한합의 조건

|r|<1이면 rⁿ이 0으로 가므로 부분합이 a/(1−r)에 수렴한다. 예를 들어 3+1+1/3+…은 a=3, r=1/3이어서 합은 9/2다.

음의 공비

1−1/2+1/4−…도 |r|=1/2<1이므로 수렴하며 합은 2/3이다. 공비가 음수여도 절댓값이 1보다 작으면 부분합의 진동 폭이 줄어든다.

공식의 적용 범위

1+2+4+…에 a/(1−r)를 그대로 대입하여 합을 −1이라고 할 수 없다. 이 급수는 통상적인 부분합 극한의 의미로 발산한다. 첫 항이 0이면 모든 항이 0이 되는 예외도 구별한다.

관련 문서

등비수열 / 급수 / 부분합 / 수열의 극한 / 절댓값 / 극한