Cấp số nhân

dãy các số khác 0 trong đó mỗi số hạng sau số hạng đầu tiên được xác định bằng cách nhân số hạng trước đó với một số không đổi

Trong toán học, một cấp số nhân (tiếng Anh: geometric progression hoặc geometric sequence) là một dãy số thoả mãn điều kiện kể từ số hạng thứ hai, mỗi số hạng đều là tích của số hạng đứng ngay trước nó với một số không đổi. Hằng số này được gọi là công bội của cấp số nhân.

Kích cỡ tiêu chuẩn quốc tế của giấy là một cấp số nhân với công bội là

Như vậy, một cấp số nhân có dạng

trong đó r là công bội và a là số hạng đầu tiên.

Số hạng tổng quát

sửa

Số hạng thứ n của cấp số nhân được tính bằng công thức

 
trong đó n là số nguyên thoả mãn  
Công bội khi đó là
  hoặc  
trong đó n là số nguyên thoả mãn  

Ví dụ

sửa
  • Cấp số nhân với công bội là 2 và phần tử đầu tiên là 1
1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128, 256, 512, 1024,....

Cấp số nhân với công bội 2/3 và phần tử đầu tiên là 729:

729 (1, 2/3, 4/9, 8/27, 16/81, 32/243, 64/729,....) = 729, 486, 324, 216, 144, 96, 64,....

Cấp số nhân với công bội −1 và phần tử đầu là 3

3 (1, −1, 1, −1, 1, −1, 1, −1, 1, −1,....) = 3, −3, 3, −3, 3, −3, 3, −3, 3, −3,....

Sự thay đổi của cấp số nhân tuỳ theo giá trị của công bội.

Nếu công bội là:
  • Số dương: Các số hạng luôn có dấu cố định.
  • Số âm: các số hạng là đan dấu giữa âm và dương..
  • 0, mọi số hạng bằng 0.
  • Lớn hơn 1, các số hạng tăng theo hàm mũ tới vô cực dương hoặc âm.
  • 1, là một dãy không đổi.
  • Giữa 1 và −1 nhưng khác không, chúng giảm theo hàm mũ về 0.
  • −1, là một dãy đan dấu.
  • Nhỏ hơn −1, chúng tăng theo hàm mũ về vô cực (dương và âm).

Tổng

sửa

Tổng các phần tử của cấp số nhân:

 

Nhân cả hai vế với (1-r):

 

vì tất cả các số hạng khác đã loại trừ lẫn nhau. Từ đó:

 

Chú ý: Nếu tổng không khởi đầu từ 0 mà từ m > 0m < n ta có

 

Vi phân của tổng theo biến r là tổng dạng

 
 

Tổng vô hạn

sửa

Nếu cấp số nhân có vô hạn phần tử thì tổng   là hội tụ khi   khi và chỉ khi giá trị tuyệt đối của công bội nhỏ hơn một (| r | < 1).

 

Khi tổng không khởi đầu từ k = 0, ta có

 

Cả hai công thức chỉ đúng khi | r | < 1. Công thức sau cũng đúng trong mọi đại số Banach, khi chuẩn (norm) của r nhỏ hơn 1, và trong trường của các số p-adic nếu |r|p < 1. Cũng như trong tổng hữu hạn, ta có vi phân của tổng. Chẳng hạn,

 

Tất nhiên công thức chỉ đúng khi | r | < 1.

Số phức

sửa

Công thức tính tổng của cấp số nhân cũng đúng khi các phần tử là các số phức. Điều này được sử dụng, cùng với Công thức Euler, để tính một vài tổng như:

 .
 

Từ đó có:

 
 

Xem thêm

sửa

Tham khảo

sửa

Liên kết ngoài

sửa