數學上，1/4 + 1/16 + 1/64 + 1/256 + ...是一無窮級數，在數學史上是其中一個較早給算出總和的例子，由阿基米德於公元前250-200年發現，其總和為1/3。一般來說，對於任何一個 a，若等比數列的第一項是 a，而公比為1/4，其收斂總和如下：
:a+\frac{a}{4}+\frac{a}{4^2}+\frac{a}{4^3}+\cdots = \frac43 a.
圖像示範
通常以正方形和三角形來展示「1/4 + 1/16 + 1/64 + 1/256 + ...」這一無窮級數；將一個正方形或一個三角形分成四等分，每一分的面積為原先的四分一，並不斷重複（如圖左）。
假設圖左的正方形面積為1，則最大的黑色正方形面積為（1/2）x（1/2）= 1/4。同樣地，第二大黑色正方形的面積為1/16，第三大黑色正方形面積為1/64。如此類推，黑色正方形占的所有面積為1/4 + 1/16 + 1/64 + ...，這也是所有灰色正方形或所有白色正方形所占的面積。由於這三種顏色的正方涵蓋正個原先的正方形，數學上寫成：
:3\left(\frac14+\frac{1}{4^2}+\frac{1}{4^3}+\frac{1}{4^4}+\cdots\right) = 1.
同樣的幾何方法也適用於三角形，如圖右。如果大三角形的面積為1，則最大的黑色三角形的面積為 1/4，依此類推。另外，整個圖案與其中的上部分次小三角形中的圖案，具有自相似的性質。若圖案不斷重複，將形成一個謝爾賓斯基三角形。
阿基米德
阿基米德在其《拋物線的求積》中，以穷竭法求拋物線內的面積，在過程中牽涉到一系列的三角形。左圖有一拋物線，其中AE為割線，被分成相等線段，阿基米德證明三角形CDE和三角形ABC的和是三角形ACE面積的 1/4。然後，他分別在三角形CDE和三角形ABC上相似地各畫上兩個三角，這四個三角的面積總和為三角形CDE和三角形ABC的 1/4。如此類推，他證明拋物線與割線之間的面積是三角形ACE的4/3。
命題23：設一系列的面積 A , B , C , D , … , Z , 其中 A 最大，而每個面積為下一個面積的4倍，則：
:A + B + C + D + \cdots + Z + \frac13 Z = \frac43 A.
為證明以上命題，阿基米德先計算：
:\begin{array}{rcl}
\displaystyle B+C+\cdots+Z+\frac{B}{3}+\frac{C}{3}+\cdots+\frac{Z}{3} & = &\displaystyle \frac{4B}{3}+\frac{4C}{3}+\cdots+\frac{4Z}{3} \\[1em]
& = &\displaystyle \frac13(A+B+\cdots+Y).
\end{array}
別一方面：
:\frac{B}{3}+\frac{C}{3}+\cdots+\frac{Y}{3} = \frac13(B+C+\cdots+Y).
將這方程式減去之前的方程式：
:B+C+\cdots+Z+\frac{Z}{3} = \frac13 A
再在方程式兩面各加上A，以得到最終結果
現今，1 + 1/4 + 1/16 + ... 的標準寫法如下：
:1+\frac{1}{4}+\frac{1}{4^2}+\cdots+\frac{1}{4^n}=\frac{1-\left(\frac14\right)^{n+1}}{1-\frac14}.
參考
參考書目
*
- Page images at HTML with figures and commentary at
*
*
*
*
*
评论 (0)