數形結合巧解無窮級數

問題一

數形結合巧解無窮級數

答:取面積為1的等邊三角形,四等分,每個小三角形面積為(1/4),取頂部小三角形,再次四等分,每個面積為(1/4)^2,...依次類推,圖形如下:

數形結合巧解無窮級數

所求無窮級數就是上圖中白色區域三角形的面積。

乍一看,似乎只是把原問題換了個表達方式,這面積怎麼計算呢?

換個角度,把中間白色三角形都轉180度:

數形結合巧解無窮級數

1/3,1/3,1/3每一部分的面積一目瞭然。故

數形結合巧解無窮級數

問題二:對一般的等比級數,

數形結合巧解無窮級數

答:直角座標系,畫直線y=x和直線y=rx+a,y=a與直線y=x交於點(a,a)。

數形結合巧解無窮級數

直線x=a與y=rx+a交於點(a,a+ra),豎直部分長度恰為ra。直線y=a+ra與直線y=x交於點(a+ra,a+ra)...不斷進行下去,考慮每段水平線段在x軸的投影,長度分別為:a,ar,ar^2,ar^3,....總長度恰為直線y=x和直線y=rx+a的交點的橫座標。求得交點為(a/(1-r),a/(1-r)),所以

數形結合巧解無窮級數

從兩條直線的位置關係還可以看出,若r≥1則直線y=x和直線y=rx+a無交點,除非a=0且r=1。z這就從另一個角度解釋了,所謂發散,就是幾何上的無交點,或者“交於無窮遠處”。

對於a和r是負數的情況,一樣。換一換象限就行了。結論不變。

對於有限的等比數列,可以看成兩個等比級數的差,進而用上述公式解決:

數形結合巧解無窮級數


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