「0.999… は 1」を確かめる、無限等比級数の和と収束条件
を途中まで足すと 、、、。項は無限にありますが、和は を超えません。
項まで足しても で、残りの隙間が毎回半分になっていくためです。
無限個の数を足すという操作は、そのままでは実行できません。有限個の和を作り、その極限として定義します[1]。
部分和の極限として決める
はじめの 項までの和を部分和といい、 と書きます[1]。等比数列なら公式があります。
この の での極限が、無限等比級数の和です[3]。
行方を決めるのは だけ。 なら なので、和が に確定します[1]。
収束するのは のときだけ
とします。 では部分和が定まりません[1]。
のとき で、 とともにいくらでも大きくなります。 なら は と を往復する。
では なので、 も発散します。残るのは だけ。

公比が負でも、絶対値が より小さければ収束します。振動しながら 1 点に寄っていく形。
例:初項 6、公比 3 分の 1
を求めます。、 です。
を先に確かめてから公式に入れる。この確認を飛ばすと、発散する級数に値を与えてしまいます。
例:公比が負
では 。
部分和は 、、、 と上下に揺れながら に寄ります。
例:2 つの級数に分ける
は、それぞれが収束するので分けて足せます。
の和は 、 の和は 。
初項が から始まるので、公式の は と です。 からなら が に変わります。
例:収束する範囲を求める
が収束する の範囲と、そのときの和を求めます。
公比は なので、条件は 。つまり です。
なら和は 、 なら 。範囲の外では、そもそも和が存在しません。
和の公式には、 という条件が張りついています。
条件を外した式は等式として成り立たない。 を代入して と書くと誤りになる。
循環小数は無限等比級数
は と書けます。初項 、公比 の級数です。
なら、初項 、公比 です。
循環する桁数がそのまま公比の分母の桁数になります。分母が の並びになるのはそのためです。
も同じ計算で 。表記が 2 通りあるだけで、数としては と同じものです。
ゼノンの二分法
歩いて 進むには、まず 進み、次に残りの半分を進み、と無限回の動作が要る。だから動けない、という議論があります[4]。
アリストテレスはこれを「動くものは終点に着く前に中点に着かねばならないから、運動は存在しない」と書き留めました[4]。
距離を足せば で、有限の値に収まります。無限個の項があっても、和が無限になるとは限りません。

一般項が に向かうことは必要条件
無限等比級数に限らず、級数 が収束するなら、その一般項は に向かいます[2]。
対偶をとると使いやすくなる。一般項が に向かわないなら、その級数は発散します。
は一般項が に向かうので、足す前に発散と分かります。
逆は成り立ちません。一般項が に向かっても、和が有限になるとは限らない[1][2]。
調和級数は発散する
を調和級数といいます。一般項は に向かうのに、和は発散します[1][2]。
伸び方が非常に遅い。 項で 、 項で 、 万項でも ほどです。
それでも壁を越え続けます。項を 、、 と区切ると、どの束も 以上になるためです。

例:打ち消し合って畳まれる和
等比級数でなくても、部分和が書ければ極限がとれます。 を見ます。
と分解すると、隣どうしが消え合います[1]。
で です。望遠鏡をたたむように中間の項が消えるので、望遠鏡和とも呼ばれます。
この 4 つを順に踏めば、無限等比級数の問題はほぼ機械的に片づきます。
無限等比級数 の和はいくつですか。
条件のほうも確かめます。
が収束する の範囲はどれですか。
公比は で、 から です。ただし では全部の項が になり、和は で収束します。初項が になる場合を足すと になります。
無限に足すという操作は、部分和という有限の量に置きかえてから極限をとる。公比が より内側にあるかどうかで、答えが出るか出ないかが分かれます。














a=4、r=−52 です。1−(−52)4=574=720 になります。320 は公比の符号を落とした値、10 は公比を 53 ととり違えた値です。