信樺文化
03 數列與級數
CHAPTER
目 錄
03
數列與級 數CHAPTER
3-1 等差數列與等差級數 3-2 等比數列與等比級數
學習評量
3-1 習題
3-2 習題
等 差 數 列 與 等 差 級 數
0 3
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課本 P.
3-
數列與級數的意義 1
92
在生活中,有時為了實際的需要,我們會把一 些數依次序加以編號,形成一個數列。
像這種依照順序列出的一串數,就構成一個數
列。而數列中的每一個數,稱為此數列的 項 ,
第一個數稱 首項 (或 第一項 ),第二個數稱第
二項,…,依此類推。若一個數列只有有限個
項,則此數列稱為 有限數列 ,而最後一項稱 末
項 。但若一個數列有無限多項,則此數列稱為
無窮數列。
課本
P.
例題
93有一數列 <> ,其中 ,為正整數,試寫出前五項 及第二十項。
,
,
,
所以前五項為 3 , 9 , 19 , 33 , 51 。 而第 20 項 。
1
解
課本
P.
隨堂練習 1
93有一數列 <> ,若,試寫出此數列的前五項。
前五項為
解
等 差 數 列 與 等 差 級 數
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3-
數列與級數的意義 1
93
若將數列 <> 中之各項依次以加號連接,則稱 為級數,其數值為數列各項之和。
若 <> 是一個含有項的有限數列,則 可用符號 表示。
�=�
∑
�
�
�
其中符號「」為一希臘字母,讀作 sigma , 代表「和」的意思。符號「」下方的是表示自 第一項開始,依次連加到符號「」上方的,也 就是第 項為止。
課本
P.
例題
94試逐項展開下列各級數(不需化到最簡):
(1) (2) 。
2
解
�=�
∑
�
�(�+�)
∑
�=�
�
(� �+�)
(1 )
(2 ) ∑
�=�
�
�(�+�)=�× ( �+� ) +�× ( �+� ) +�× ( �+� ) + …+� ( �+� ) =�+�+��+…+�(�+�)
課本
P.
隨堂練習 2
94試逐項展開下列各級數(不需化到最簡):
(1) (2) 。
解
�=�
∑
�
�(�−�)
∑
�=�
�
( − � )
�+�× �
(1 )
�=� ∑
�
( − � ) �+� × �=�−�+�−�
(2 )
課本
P.
例題
95試以「」的形式表示下列各級數:
(1) 。 (2) 。
3
解 (1 )
� � + � � + � � + …+ � � = ¿
∑
�=�
�
� �
(2 )
�
� × � + �
� × � + �
�× � + …+ �
�� × ��� = ¿
∑
�=�
�� �
�(�+�)
課本
P.
隨堂練習 3
95試以「」的形式表示下列各級數:
(1) 。 (2) 。
解
(1 )
� ×�+� ×� +� ×�+…+� ( �+� ) =¿
∑
�=�
�
�(�+�)
(2 )
�+�+�+ …+��= ¿
∑
�=�
��
( � �−�)
課本
P.
定理
95設為正整數, < > 、 < > 為數列,為常數。
(1) ① 。
② 。
(2) 。 (3) 。
(4) 若為正整數且,則 。
的性質
�=� ∑
�
( � � + � � ¿ = ∑
�=�
�
� � + ∑
�=�
�
� �
�=� ∑
�
( � � − � � ¿ = ∑
�=�
�
� � − ∑
�=�
�
� �
�=� ∑
�
�=��
�=� ∑
�
� � � = � ∑
�=�
�
� �
�=� ∑
�
� � = ∑
�=�
�
� � + ∑
�=�+�
�
� �
課本
P.
定理
95(1)① 。
②
。
的性質
證明 ∑
�=�
�
( � � + � � ¿
�=� ∑
�
� � + ∑
�=�
�
� �
�=� ∑
�
( � � − � � ¿
�=� ∑
�
� � − ∑
�=�
�
� �
課本
P.
定理
95(2) 。
(3)
(4)
的性質
�=� ∑
�
�
�=� ∑
�
� � �
�=� ∑
�
� � + ∑
�=�+�
�
� �
共項
� ∑
�=�
�
� �
�=� ∑
�
� �
課本
P.
例題 4
若已知 = 17 , = 31 ,求 之值。
96
�=� ∑
��
� �
�=� ∑
��
� �
�=� ∑
��
( � � � − �� � + � )
解
( � �
�− � �
�+ � ) =¿
�=�
∑
� �
¿
� ∑
�=�
��
� � −
�
�+ ¿
� ∑
�=�
��
¿
�=� ∑
��
�
。
課本
P.
隨堂練習
若已知 = 30 , = 20 , = 10 , = 8 ,
求 之值。
4
97�=� ∑
�
� �
�=� ∑
��
� �
�=� ∑
��
� �
�=�� ∑
��
� �
�=� ∑
��
( � � � +�� � +� )
解 ∑
�=�
��
� � =¿
�=� ∑
�
� � + ¿
�=� ∑
��
� �
30+10 40 ,
�=� ∑
��
� � =¿
�
�+ ¿
�=�
∑
��
¿
�=�� ∑
��
� �
20+8 28 ,
�=� ∑
��
( � � � +�� � +� )
故 � ∑
�=�
��
� � + ¿
� ∑
�=�
��
� � + ¿
�=� ∑
��
�
。
等 差 數 列 與 等 差 級 數
0 3
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課本 P.
3- 1
一個數列 <> 任意相鄰兩項中,若後項減前項的 差恆為一定值 ,即 = ,則稱此數列為 等差數 列(或算術數列),而該差值 稱為公差。
等差數列
97
課本
P.
例題 5
下列各數列是否為等差數列?若是,請寫出其公差及首 項。 (1)1 , 3 , 5 , 7 , 9 , 11 (2)2 , 5 , 9 , 1 3 , 17 。
96
解
(1) 由於後項減前項的值皆為 2 ,所以是等差數列,其公 差為 2 ,首項為 1 。
(2) 因為 ,所以不是等差數列。
課本
P.
隨堂練習
下列各數列是否為等差數列?若是,請寫出其公差及首 項。 (1)9 , 4 , -1 , -6 , -11 (2)2 , 2 , 2 , 2 , 2 。
5
97解
(1) 由於後項減前項的值皆為,所以是等差數列,其公差 為,首項為。
(2) 由於後項減前項的值皆為,所以是等差數列,其公差 為,首項為。
課本
P.
公式 4
98設 <> 為一等差數列,其首項為、公差為。則:
課本
P.
例題 6
(1) 一等差數列之首項為 20 ,公差為,試求此數列的第 1 0 項。
(2) 一等差數列之第 5 項為 23 ,第 8 項為 38 ,試求此數 列的首項、公差及第 13 項。
96
解
(1)
(2) 由題意知 , ,
解聯立方程式得 ,,所以首項為 3 ,公差為 5 。第 13 項
課本
P.
隨堂練習
朱小嘉到臺中三井百貨購物,她觀察到戶外觀景台設 有極具設計感的臺階供遊客欣賞風景。當她站在第 3 階階梯時,離地面有 11 公尺高;當她爬至第 9 階階梯 時,離地面有 14 公尺高。已知每階階梯高度相等,求 爬至第 16 階階梯時,朱小嘉距離地面幾公尺?
6
99已知 , ,
解聯立方程式 ,得 ,。
故所求 。
解
課本
P.
例題 7
亮亮托嬰中心教保員小梅發現溫奶器的說明書中,有提供 溫熱牛奶時溫度上升的曲線圖,如右所示。請問:
(1) 溫熱 1 、 2 、 3 、 4 、 5 分鐘後的牛奶溫 度,所呈現的數列為何?
(2) 是否為等差數列?
96
解
(1) 溫熱 1 、 2 、 3 、 4 、 5 分鐘後的牛奶溫度,
分別為 40 、 50 、 60 、 70 、 80 。
(2) 數列為 40 、 50 、 60 、 70 、 80 ,是公差為 10 的等差數列。
課本
P.
隨堂練習
承【例題 7 】,若想將牛奶溫熱至 100 ,需要多少時間?
7
96解
設溫熱 1 分鐘後的溫度為 40 ,即,
公差 。
則溫熱分鐘,即 ,得 。
故需將牛奶溫熱 7 分鐘後,溫度才會達 100 。
課本
P.
公式
100若為和的等差中項,則 。 設成等差數列,其公差為。
根據等差數列的定義可知,,。
因此,
,
故, 。
等差中項
證明
課本
P.
例題 8
若 為 、之等差中項,求實數 之值。
101
解
,解得。
課本
P.
隨堂練習
若 為 、之等差中項,求實數 之值。
8
101解
,解得。
等 差 數 列 與 等 差 級 數
0 3
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3- 1
若 < > 為一等差數列,把它的前項相加得 ,則 稱此式為等差級數(或算術級數)。相加所得的 和即為此等差級數的 和 ,一般將記作數列 < >
的前項和,即 。
等差級數
101
課本
P.
公式
101首項為、公差為的等差級數,其前項之和
等差級數
證明
因為,…,
所以 ……①
將①式中前後順序對調,得……②
課本
P.
公式 等差級數
102由①+②得 , 所以 ,
又 ,。
課本
P.
例題 9
已知一等差數列,首項為 3 ,公差為 2 ,求此數列前 6 項 之和。
102
解
由題意可知 , 。 而 ,
故 。
課本
P.
隨堂練習
已知一等差數列,首項為,公差為 2 ,求此數列前 8 項之和。
9
102解
由題意可知 , 。 而 ,
故 。
課本
P.
例題 10
若一等差數列的第 5 項為 19 、第 9 項為 35 ,求前 10 項 之和。
103
解
由 , ,得 , 。 由 ,而 ,。
故 。
課本
P.
隨堂練習
若一等差數列的第 6 項為 24 、第 27 項為 38 ,求前 12 項之和。
10
103解
由 , 得 , 。 故。
課本
P.
例題 11
若一等差級數前 10 項之和為 10 ,而第 10 項為 5 ,求 其公差。
103
解
由題意可知 ,。
而 ,可知 ,求得 。 由等差數列 ,,
可得公差 。
課本
P.
隨堂練習
求 100 到 300 之自然數中,所有 7 的倍數之和。
11
103解
…… 首項,……末項。
共有項,所以此數之和= 。
課本
P.
例題 12
以下是大高雄地區日間時間(早上 6 點~晚上 10 點)
的計程車計費表:
(1) 請問由車資列成的數列 85 , 90 , 95 , 100 , 105 , 110 , … 是等差數列嗎?
(2) 已知朱小嘉乘坐計程車到西子灣看夕陽的里程數為 4km ,請問她需付給司機多少錢?
104
里程數
1.5k m
內1.5
~1.75
km
1.75
~2km
2
~2.25
km
2.25
~
2.5k m
2.5
~2.75
km
……
車資
85
元 90 元 95 元100
元
105
元
110
元
……
課本
P.
例題 12
104解
(1) 是,公差為 5 的等差數列。
(2) 里程數 1.5 , 1.75 , 2 , 2.25 , … 為公差 0.25 、首項 1.5 的等差數列。
,得 ,
故所需費用 元。
課本
P.
隨堂練習
承【例題 12 】,若朱小嘉付給司機 185 元,請問她搭 乘計程車最長的里程數為多少公里?
12
104解
,得。
故里程數 = 公里
課本
P.
習題 3-1
1051. 若表等差數列 的第項,試寫出下列前 3 項及第 9 項。
(1) (2) 。
解
課本
P.
習題 3-1
1052. 請逐項展開下列各級數(不需求和):
(1) (2) (3) 。 解
�=� ∑
�
� �
�=� ∑
� �
�
�=� ∑
�
�
課本
P.
習題 3-1
1053. 求級數 之值。
解
�
(¿ ¿ � − �+�)
�=�
∑
�
¿
課本
P.
習題 3-1
1054. 若 , ,求 之值。
解
�=�
∑
��
�
�=��
∑
�=�
��
�
�=��
(¿� �
�+� ��− �)
�= �∑
��
¿
課本
P.
習題 3-1
1055. 若等差數列 的前項之和,試求第 20 項 之值。
解
課本
P.
習題 3-1
1056. 若一等差數列的第 5 項為 19 ,第 9 項為 35 ,求其 前 10 項之和。
解
課本
P.
習題 3-1
1057. 若於 5 和 93 之間插入 7 個數,使成等差數列,則所 插入的 7 個數之和為何?
解
課本
P.
習題 3-1
1058. 求等差級數 4 + 7 + 10 +…+ 100 之和。
解
課本
P.
習題 3-1
1059. 某電影院共有 20 排座位,自第一排起每後一排都比 前一排多 2 個座位,已知第一排有 16 個座位,則此 電影院共可容納多少人?
解
課本
P.
習題 3-1
10510. 求 1 到 500 之間可被 13 整除的整數之總和。
解
課本
P.
習題 3-1
10511. 陳小華在夜市賣民主香腸,一串香腸有 10 小條,
擺成如瀑布般的香腸共有 304 串。已知 3 小時後,
陳小華賣出 182 串又 4 條香腸,請問:
(1) 平均每小時賣出幾串又幾條香腸?
(2) 若按此相同的速度賣香腸,還要多少時間才能賣 完剩下的香腸?
解
等 比 數 列 與 等 比 級 數
0 3
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課本 P.
3- 2
若 表一數列,、、…、 皆不
為 0 ,任意相鄰兩項中,若後項與前項的比值 恆
為一定數,即,則稱此數列為 等比數列 (或 幾 何數列),其中定數
稱為此等比數列的公比。
等比數列
106
課本
P.
例題 1
下列各數列是否為等比數列?若是,請寫出其公比及首 項。
(1) (2) 。
106
解
(1) 公比為,首項為。
(2) 公比為 ,首項為 。
課本
P.
隨堂練習
下列各數列是否為等比數列?若是,請寫出其公比及 首項。
(1) (2) 。
1
107解
(1) 公比為,首項為。
(2) 公比為 ,首項為 。
課本
P.
公式
107設為一等比數列,其首項為 、公比為。則:
。
等比數列
課本
P.
例題 2
已知一等比數列之首項為,公比為,求第項。
107
解
由題意知 ,,
所以 。
課本
P.
隨堂練習
已知一等比數列之首項為,公比為,求第項。
2
108解
。
課本
P.
例題 3
已知一等比數列的第項為,第項為,求此數列的第項。
108
由題意知 ,, 解
由 得 , ,代入可得 。 所以 。
課本
P.
隨堂練習
已知一等比數列的第 4 項為 ,第 7 項為 25 ,求此數 列的第 9 項。
3
108由題意知 ,,
由 得 , ,代入可得 。 所以 。
解
課本
P.
例題 4
臺灣手搖飲廣受消費者喜愛,走在街上常可看到人手一 杯。但手搖飲有一定的賞味期,很多人無法馬上喝完,
所以就隨手放著,等到想起來再繼續喝。根據研究指 出,這樣的方式會加速細菌大量繁殖!
假設在此狀況下,細菌的數量每半小時增加 2 倍。若原 本細菌的數量為,經過 5 小時後,細菌數量會增加為原 來的幾倍?
109
解 原本細菌數量為 ,而 5 個小時= 10 個半小 時,
所以 5 小時後細菌數量為 , 故細菌數量增加 1024 倍。
課本
P.
隨堂練習
陳小梅是素養幼稚園的幼教老師,今天的課程她決定 帶領小朋友一起摺紙。而聰明的小朋友發現,一張紙 對摺一次可將紙平均分成兩等分、對摺兩次可將紙平 均分成四等分、對摺三次可將紙平均分成八等分,如 圖所示:
以此類推。陳小梅老師若想帶學生摺出 64 等分的紙,
請問要摺紙幾次呢?
4
109課本
P.
隨堂練習 4
109由題意知摺紙 1 次、 2 次、 3 次分成的等分數,
分別為 2 、 4 、 8 、…,為等比數列,首項
、公比 。
故假設摺紙 次得 64 等分為 ,得 。 因此要摺紙 6 次。
解
課本
P.
公式
110若為和的等比中項,則,即。
:
設成等比數列,其公差為。
根據等比數列的定義可知 。 化簡可得,故。
等比中項
證明
課本
P.
例題 5
求 12 與 3 的等比中項。
110
解
設為等比中項。
因,所以。
故等比中項 為 。
課本
P.
隨堂練習
若 與 的等比中項為 ,求實數之值。
5
110解 由 ,
展開得 ,化簡得 ,故 。
等 比 數 列 與 等 比 級 數
0 3
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課本 P.
3- 2
若 為一等比數列,把它的前項相加得 ,則稱 此式為 等比級數 (或 幾何級數 )。相加所得的 和即為此等比級數的和 ,一般將 記作數列 的前 項和,即 。
等比級數
111
課本
P.
公式
111首項為、公比為的等比級數,其前項之和 (1) 當公比 時,。
(2) 當公比 時,。
等比級數
課本
P.
例題 6
求下列各等比級數之和:
(1) (2) 至第 6 項。
111
解
(1) ,,
由 ,得 ,故 。 所以級數和。
課本
P.
例題 6
求下列各等比級數之和:
(1) (2) 至第 6 項。
111
解
(2) ,,
所以級數和
。
課本
P.
隨堂練習
一等比級數的首項為 3 、公比為 2 ,求前 8 項之和。
6
112解
� � = �(� � − �)
�−� = ���
課本
P.
例題 7
一等比級數的首項為 10 、公比為 5 、和為 7810 ,則此 級數共有幾項?又其末項為何?
112
解
設此級數的項數為 ,則 ,化簡後可得 ,所以 ,又末 項。
故此級數共有 5 項,末項為 6250 。
課本
P.
隨堂練習
一等比級數的首項為 25 、公比為、和為,求此級數共 有幾項?
7
112解
由題意知,
化簡後可得,故 。
因此此級數共有 10 項。
課本
P.
例題 8
美麗家商服裝科的同學,為了畢業旅行可以前往法國感 受設計國度的氛圍,決定開始畢旅基金的存錢計畫!若 同學每個月第一天存入 1000 元,月利率 2% ,採複利計 算。請問:
(1) 經過一個月,本利和為多少?
(2) 經過兩個月,本利和約為多少?
(請使用計算機或軟體計算到整數位,小數以下無條件 捨去)
113
課本
P.
例題 8
113解
(1) 第一個月存入 1000 元,一個月後本利和為 元。
(2) 第二個月後有二次的存入。
第一筆 1000 元經過兩次複利,;
第二筆 1000 元經過一次複利,。
故所求為 元。
課本
P.
隨堂練習
承【例題 8 】,經過一年後,同學存款的本利和約為 多少?( )(請使用計算機或軟體計算到整數位,小 數以下無條件捨去)
8
113解
所求元。
課本
P.
習題 3-2
1141. 一等比數列的第 4 項為 2 、第 7 項為 ,求第 10 項。
解
課本
P.
習題 3-2
1142. 若等比級數至第項的和為,求之值。
解
課本
P.
習題 3-2
1143. 在 3 與之間插入 4 個數,使其成等比數列,求插入 的第 3 數。
解
課本
P.
習題 3-2
1144. 求 。 解
�=2 ∑
�
( � � − ��)
課本
P.
習題 3-2
1145. 設正數 成等比級數,若 , ,求公比 。
解
課本
P.
習題 3-2
1146. 小華參加銀行儲蓄存款,每年年初存入 1 萬元,年 利率固定為 10% ,每年複利一次,求第 10 年年底的 本利和。(已知 )
(複利公式:本利和 = 本金)
解
課本
P.
學習 評量
116
( ) 1. 已知一等差數列的第 3 項為 3 ,第 6 項為,則其 前 6 項之和為何? (A) 7 (B) 12 (C) 15
(D) 16 。
( ) 2. 一等差級數的第 5 項為 10 ,前 20 項之和為 530 ,則公差 為 (A) (B) 2 (C) 3 (D) 5 。
( ) 3. 若一等差數列的第 12 項為,第 26 項為 23 , 則此數列的第 20 項為何? (A) 10 (B) 11 (C) 13 (D) 15 。
B
C
B
課本
P.
學習 評量
116
( ) 4. 一等差數列的前 10 項之和為 40 ,第 10 項為
7 ,則公差 為何? (A) (B) (C) (D) 。
( ) 5. 在 5 與 93 之間插入七個數,使其成等差數 列,則此七數之和為何? (A) 333 (B) 343 (C) 350 (D) 357 。
( ) 6. 設一等差數列首項為 5 ,公差為 7 ,和為
365 ,則此級數共有幾項? (A) 7 (B) 9 (C) 10 (D) 11 。
A
B
C
課本
P.
學習 評量
116
( ) 7. 求 之值為何? (A) (B) (C) (D) 。
( ) 8. 設 表一數列,其前 項和 ,求此數列之第 8 項 為何? (A) 15 (B) 16 (C) 17 (D) 18 。
( ) 9. 在 2 與 22 之間插入三個數,使其成等差數
列,則此三數之和為何? (A) 35 (B) 36 (C) 37 (D) 38 。
A
B
B
�=� ∑
��
( �−��)
課本
P.
學習 評量
116
( ) 10. 若 5 為 與 的等差中項,則實數 之值為何?
(A) 3 (B) 4 (C) 5 (D) 6 。
( ) 11. 若 , ,又 ,,則 之值為 何? (A) 10 (B) 11 (C) 12 (D) 13 。
B
C ∑
�=�
�
� � =�
�=� ∑
��
� � =�
�� −� � (¿ ¿ � + � )
�= �
∑
��
¿
課本
P.
學習 評量
117
( ) 12. 設等差數列 ,且 ,求前 10 項之和為何?
(A) (B) (C) 30 (D) 60 。
( ) 13. 若一等差數列的第 4 項為 10 ,第 8 項為 22 ,則其第 35 項為何? (A) 94 (B) 100 (C) 103
(D) 109 。
( ) 14. 若一等差數列的首項為,第 7 項為,則此數列 從第幾項開始為正數? (A) 12 (B) 13 (C) 14 (D) 15 。
A
C
D
課本
P.
學習 評量
117
( ) 15. 設一等差數列之第 5 項為 19 ,第 9 項為 35 , 則前 10 項之和為何? (A) 210 (B) 310 (C) 410 (D) 510 。
( ) 16. 若 ,已知 ,則 為何? (A) 23 (B) 42 (C) 46(D) 64 。
( ) 17. 若 , ,則 之值為何? (A) 271 (B) 280 (C) 373 (D) 2601 。
A
B
B
� � = ∑
�=�
�
� �
∑ �=�
��
� � = ��
∑ �=�
��
� � � =���
�
(¿ ¿ � − �)�
∑
�=���
¿
課本
P.
學習 評量
117
( ) 18. 求級數 之和為何? (A) (B) (C) (D) 。
( ) 19. 若一等比級數之首項為 1 ,末項為 256 ,其 和為 341 ,項數為,則下列何者正確? (A) 為 3 的倍數 (B) 為 2 的倍數 (C) 為偶數 (D) 不為質數。
A
B
課本
P.
學習 評量
117
( ) 20. 設等比數列的第 2 項為 512 ,第 7 項為 16 ,則 第 10 項為何? (A) 1 (B) 2 (C) 4 (D)
。
( ) 21. 在 與 32 之間插入四個數,使其成等比數列,
則插入的四個數之第二數為何? (A) (B) (C) 2 (D) 4 。
B
A
( ) 22. 一等比級數的首項為 1 ,公比為 2 ,和為
1023 ,則此級數共有幾項? (A) 7 (B) 8 (C) 9 (D) 10 。
D
課本
P.
學習 評量
118
( ) 23. 等比級數 至前 6 項之和為何? (A) (B) (C) (D) 。
( ) 24. 設四正數 成等比數列,若 ,則此數列的公比 為何? (A) 2 (B) 3
(C) 9 (D) 81 。
B
B
( ) 25. 若 與 的等比中項為 ,求實數 之值? (A) (B) (C) (D) 。
C
課本
P.
學習 評量
118
( ) 26. 一等比級數公比為 3 ,末項為 486 ,又其和為 728 ,則項數 為何? (A) 4 (B) 5 (C) 6 (D) 7 。
( ) 27. 已知一等比數列的第 3 項為 20 ,第 8 項為 640 ,則其公比 為何? (A) 2 (B) 3 (C) 4 (D) 5 。
C
A
( ) 28. 設一等比級數首項為 3 ,公比為 4 ,和為
4095 ,則此級數共有幾項? (A) 5 (B) 6 (C) 7 (D) 8 。
B
課本
P.
學習 評量
118
( ) 29. 設四正數 成等比數列,且 ,則,,公比 為 何? (A) (B) (C) 3 (D) 4 。
( ) 30. 一等比數列的第 4 項為 2 ,第 7 項為 ,則第 10 項為何? (A) (B) (C) (D) 。