SN=1+r+⋯+rN=1−rN+11−rS_N = 1+r+\cdots+r^N = \frac{1-r^{N+1}}{1-r}SN=1+r+⋯+rN=1−r1−rN+1 (r≠1r \ne 1r=1)를 증명하고, ∣r∣<1|r| < 1∣r∣<1일 때 11−r\frac{1}{1-r}1−r1로 수렴함을 보이세요. SN−rSN=1−rN+1S_N - rS_N = 1 - r^{N+1}SN−rSN=1−rN+1 r=12r = \frac{1}{2}r=21: 빈틈 (1/2)12(1/2)^{12}(1/2)12만 남습니다. 증명 보기 SN−rSN=(1+r+⋯+rN)−(r+⋯+rN+1)=1−rN+1S_N - rS_N = (1+r+\cdots+r^N) - (r+\cdots+r^{N+1}) = 1-r^{N+1}SN−rSN=(1+r+⋯+rN)−(r+⋯+rN+1)=1−rN+1입니다. 중간 항이 모두 소거됩니다. r≠1r \ne 1r=1이면 SN=1−rN+11−rS_N = \frac{1-r^{N+1}}{1-r}SN=1−r1−rN+1입니다. ∣r∣<1|r| < 1∣r∣<1이면 rN+1→0r^{N+1} \to 0rN+1→0이므로 SN→11−rS_N \to \frac{1}{1-r}SN→1−r1입니다.
0.999⋯=10.999\cdots = 10.999⋯=1임을 기하급수로 증명하세요. 0.999⋯=9∑k=1∞(110)k=9⋅1/101−1/10=10.999\cdots = 9\sum_{k=1}^{\infty}\left(\frac{1}{10}\right)^k = 9\cdot\frac{1/10}{1-1/10} = 10.999⋯=9k=1∑∞(101)k=9⋅1−1/101/10=1 같은 대수, r=110r = \frac{1}{10}r=101 버전입니다. 증명 보기 0.999⋯=910+9100+⋯=9∑k=1∞(110)k0.999\cdots = \frac{9}{10}+\frac{9}{100}+\cdots = 9\sum_{k=1}^{\infty}\left(\frac{1}{10}\right)^k0.999⋯=109+1009+⋯=9∑k=1∞(101)k입니다. 앞 문제의 공식에 r=110r = \frac{1}{10}r=101: 합 =9⋅1/101−1/10=9⋅19=1= 9\cdot\frac{1/10}{1-1/10} = 9\cdot\frac{1}{9} = 1=9⋅1−1/101/10=9⋅91=1입니다.
∑n=1∞n2n=2\sum_{n=1}^{\infty}\frac{n}{2^n} = 2∑n=1∞2nn=2를 S−S2S - \frac{S}{2}S−2S 트릭으로 증명하세요. S−S2=∑n=1∞12n=1S - \frac{S}{2} = \sum_{n=1}^{\infty}\frac{1}{2^n} = 1S−2S=n=1∑∞2n1=1 가중치가 붙어도 같은 아이디어가 통합니다. 증명 보기 S=∑n=1∞n2nS = \sum_{n=1}^{\infty}\frac{n}{2^n}S=∑n=1∞2nn라 두면, S2=∑n=1∞n2n+1=∑n=2∞n−12n\frac{S}{2} = \sum_{n=1}^{\infty}\frac{n}{2^{n+1}} = \sum_{n=2}^{\infty}\frac{n-1}{2^n}2S=∑n=1∞2n+1n=∑n=2∞2nn−1입니다 (지표 이동). 절대수렴하므로 항별 뺄셈이 정당합니다: S−S2=12+∑n=2∞12n=∑n=1∞12n=1S-\frac{S}{2} = \frac{1}{2}+\sum_{n=2}^{\infty}\frac{1}{2^n} = \sum_{n=1}^{\infty}\frac{1}{2^n} = 1S−2S=21+∑n=2∞2n1=∑n=1∞2n1=1. 따라서 S2=1\frac{S}{2} = 12S=1, 즉 S=2S = 2S=2입니다.