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algebra难度:基础algebrasequences
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等比数列děngbǐ shùliè

geometric sequence
4 分钟阅读
更新于 2025-10-29
已完成

核心概念

等比数列是指从第二项开始,每项与前一项之比都等于某个常数的数列。该常数称为公比,通常用 表示qq

数学定义

对于数列{an}\{a_n\}

,若存在常数q0q \neq 0

满足:

an+1an=q(nN,an0)\frac{a_{n+1}}{a_n} = q \quad (n \in \mathbb{N}^*, a_n \neq 0)

{an}\{a_n\}

称为公比为 qq

的等比数列。

通项公式

an=a1qn1a_n = a_1 \cdot q^{n-1}

其中: -a1a_1

为首项 -qq

为公比 -nn

为项序号

级数求和公式

**当q1q \neq 1

**时:

**当q=1q = 1

**时 Sn=a1(1qn)1q=a1anq1qS_n = \frac{a_1(1 - q^n)}{1 - q} = \frac{a_1 - a_n q}{1 - q}

Sn=na1S_n = n \cdot a_1

几何级数与等差级数

| 特征 | 几何级数 | 等差级数 | |---------|----------| 特征 | 连续项的比值恒定 | 连续项的差值恒定 | | 符号 |a_{n+1} - a_n = d$$\frac{a_{n+1}}{a_n} = q

| | | 通项 |an=a1qn1a_n = a_1 \cdot q^{n-1}

|an=a1+(n1)da_n = a_1 + (n-1)d

| | 平均值 |b2=acb^2 = ac

(几何平均)b=a+c2b = \frac{a+c}{2}

| (算术平均) |

现实应用

应用1:细胞分裂

问题:每小时细胞分裂为2个子细胞。8小时后有多少细胞?

解法

  • 首项 a1=1a_1 = 1

  • 公比 q=2q = 2

  • 8小时后:a9=1×28=256a_9 = 1 \times 2^{8} = 256

个细胞

应用2:复利

问题:10,000美元按年利率5%(复利)存入银行,10年后总额是多少?

解法a11=10000×1.0510$16,288.95a_{11} = 10000 \times 1.05^{10} \approx \$16,288.95

应用3:放射性衰变

问题:某物质每年衰变20%,初始质量100克,5年后剩余多少?

解法a6=100×0.85=32.768 ga_6 = 100 \times 0.8^5 = 32.768 \text{ g}

CSCA模拟试题

> 💡 :以下练习题依据CSCA考试大纲及中国标准化考试形式设计,旨在帮助学生熟悉题型与解题思路。

例题1:基础题(难度★★☆☆☆)

在等比数列{an}\{a_n\}

中,a2=6a_2 = 6

a5=48a_5 = 48

。求公比qq

选项:

  • A. 2
  • B. 3
  • C. 4
  • D. 8

详细解法

a5=a2q3a_5 = a_2 \cdot q^{3} 48=6q348 = 6 \cdot q^3 q3=8q^3 = 8 q=2q = 2

答案:A


例题2:中级(难度 ★★★☆☆)

在等比数列{an}\{a_n\}

中,a1+a2=3a_1 + a_2 = 3

a2+a3=6a_2 + a_3 = 6

。求a5a_5

详细解法

a1(1+q)=3a_1(1 + q) = 3

... ①a1q(1+q)=6a_1 q(1 + q) = 6

... ②

②÷①得:

代入①得q=2q = 2

a1=1a_1 = 1

故:

a5=1×24=16a_5 = 1 \times 2^4 = 16

答案:16

常见错误

❌ 错误1:等比数列必然递增

纠正:增长取决于a1a_1

qq

: -a1>0,q>1a_1 > 0, q > 1

→ 递增 -a1>0,0<q<1a_1 > 0, 0 < q < 1

→ 递减 -q<0q < 0

→ 符号交替

❌ 错误2:公比可为零

纠正q0q \neq 0

:公比≠0,否则第二项起所有项皆为零。

❌ 错误3:混淆几何平均与算术平均

纠正

  • 几何平均: b2=acb^2 = ac

  • 算术平均:

b=a+c2b = \frac{a+c}{2}

切勿混淆!

❌ 错误4:求和时忘记分类

修正:求和时务必分别考虑q=1q = 1

q1q \neq 1

和 的情况。

学习要点

  1. 与等差数列对比:理解"公比"与"公差"的区别
  2. 掌握公式: 牢记通项公式与求和公式
  3. 分情况分析:针对不同情况分别qq

处理4. ✅ 实际应用:细胞分裂、复利计算、衰变模型等典型案例


💡 考试技巧:几何数列与等差数列在CSCA考试中同等重要,各占数列题约50%。建议进行对比学习!

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前置知识 - 建议先学习

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对比学习 - 容易混淆,注意区别