1/4 + 1/16 + 1/64 + 1/256 + …

✍ dations ◷ 2025-09-09 10:17:44 #级数

数学上,1/4 + 1/16 + 1/64 + 1/256 + ...是一无穷级数,在数学史上是其中一个较早给算出总和的例子,由阿基米德于公元前250-200年发现,其总和为1/3。一般来说,对于任何一个 a,若等比数列的第一项是 a,而公比为1/4,其收敛总和如下:

通常以正方形和三角形来展示“1/4 + 1/16 + 1/64 + 1/256 + ...”这一无穷级数;将一个正方形或一个三角形分成四等分,每一分的面积为原先的四分一,并不断重复(如图左)。

假设图左的正方形面积为1,则最大的黑色正方形面积为(1/2)x(1/2)= 1/4。同样地,第二大黑色正方形的面积为1/16,第三大黑色正方形面积为1/64。如此类推,黑色正方形占的所有面积为1/4 + 1/16 + 1/64 + ...,这也是所有灰色正方形或所有白色正方形所占的面积。由于这三种颜色的正方涵盖正个原先的正方形,数学上写成:

同样的几何方法也适用于三角形,如图右。如果大三角形的面积为1,则最大的黑色三角形的面积为 1/4,依此类推。另外,整个图案与其中的上部分次小三角形中的图案,具有自相似的性质。若图案不断重复,将形成一个谢尔宾斯基三角形。

阿基米德在其《抛物线的求积》中,以穷举法求抛物线内的面积,在过程中牵涉到一系列的三角形。左图有一抛物线,其中AE为割线,被分成相等线段,阿基米德证明三角形CDE和三角形ABC的和是三角形ACE面积的 1/4。然后,他分别在三角形CDE和三角形ABC上相似地各画上两个三角,这四个三角的面积总和为三角形CDE和三角形ABC的 1/4。如此类推,他证明抛物线与割线之间的面积是三角形ACE的4/3。

命题23:设一系列的面积 A , B , C , D , … , Z , 其中 A 最大,而每个面积为下一个面积的4倍,则:

为证明以上命题,阿基米德先计算:

别一方面:

将这方程式减去之前的方程式:

再在方程式两面各加上A,以得到最终结果

现今,1 + 1/4 + 1/16 + ... 的标准写法如下:


相关

  • 三氯化铁氯化铁(FeCl3)又称三氯化铁,是三价铁的氯化物。它易潮解,在潮湿的空气会水解,溶于水时会释放大量热,并产生啡色的酸性溶液。这个溶液可蚀刻铜制的金属,甚至不锈钢。无水的氯化铁是
  • 捐精捐精是一种捐赠行为,指男性通过医疗机构,将自己的精子送赠妻子以外的女性,捐精过程男女之间不发生性行为。捐精可能在心理上有困难,因为有不少道德问题尚未解决,例如捐精所生的子
  • 亨德森-哈塞尔巴尔赫方程亨德森-哈塞尔巴尔赫方程(Henderson-Hasselbalch equation)是化学中关于酸碱平衡的一个方程。该方程使用pKa(即酸解离常数)描述pH值的变化。它可以用来估算缓冲体系的pH。方程的
  • mesenchyme间充质(英语:Mesenchyme)是一种未分化的结缔组织。间充质指出自胚层来的结缔组织。间充质也包括一小部分的从别的胚胎层的组织,包括内胚层的神经脊部分。间充质的细胞在成年后
  • 温菲尔德·史考特1812年战争塞米诺尔战争 黑鹰战争 美墨战争温菲尔德·斯科特(Winfield Scott,1786年6月13日-1866年5月29日),美国陆军中将,辉格党人,曾任美国陆军总司令(1841年-1861年)。斯科特从军
  • 科恩综合症科恩综合症是一种遗传病,其会导致婴幼儿时生长迟滞与低肌张力、青少年后中广型肥胖、重度到极重度智能障碍。其在阿米甚人的发生率约为1/15000,而其它地方则未明。遗传方面,其
  • 各国捕捞与养殖水产品产量列表以下2005年渔业与水产养殖产品产量数据(单位:公吨),是由联合国粮农组织提供。
  • 2,3-二甲基戊烷2,3-二甲基戊烷(英语:2,3-Dimethylpentane)化学式(CH3)2CHCHCH3C2H5,是含有7个碳原子的烷烃,是庚烷的同分异构体,由于3号碳原子为手性碳原子,所以存在两种旋光异构体,分别是 ()-2,3-
  • 北海日耳曼语鼻音消失法则北海日耳曼语鼻音消失法则(Ingvaeonic nasal spirant law)是一个历史语言学上的一个语音变化现象。这个现象大约发生于中世纪前期,标志着现代的英语和弗里西语等盎格鲁-弗里西
  • 朱慧雯朱慧雯(Julie Wu Chu,1982年3月13日-)华裔美国人,出生于康乃狄克州费尔菲尔德。美国著名冰球运动员。 在美国国家冰球队司职前锋。