等差數列(Arithmetic Sequence)
相鄰兩項差值相等的數列。
通項公式: aₙ = a₁ + (n-1)d
前 n 項和: Sₙ = n/2 × (a₁ + aₙ) = n/2 × (2a₁ + (n-1)d)
範例:首項 a₁ = 2,公差 d = 3
- 數列:2, 5, 8, 11, 14, 17, 20, 23, 26, 29…
- 第 10 項 = 2 + 9×3 = 29
- 前 10 項和 = 10/2 × (2 + 29) = 155
等比數列(Geometric Sequence)
相鄰兩項比值相等的數列。
通項公式: aₙ = a₁ × r^(n-1)
前 n 項和: Sₙ = a₁ × (1 - rⁿ) / (1 - r)(r 不等於 1)
無窮等比級數(|r| 小於 1):S∞ = a₁ / (1 - r)
範例:首項 a₁ = 1,公比 r = 2
- 數列:1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128, 256, 512…
- 第 10 項 = 1 × 2⁹ = 512
- 前 10 項和 = 1 × (1 - 2¹⁰) / (1 - 2) = 1023
等差 vs 等比成長的差異
等比數列(指數成長)遠快於等差數列(線性成長):
| 項數 n | 等差(a₁=1, d=2) | 等比(a₁=1, r=2) |
|---|---|---|
| 5 | 9 | 16 |
| 10 | 19 | 512 |
| 20 | 39 | 524,288 |
| 30 | 59 | 536,870,912 |
這就是為什麼複利(等比)長期效果遠優於單利(等差)。
實際應用場景
等差數列:分期付款(每期固定金額)、樓梯台階(每階等高)、座位排列(每排等差增加)
等比數列:複利存款、細菌繁殖、音樂音程(頻率比固定)、電腦記憶體容量規格
公比 r 為負數時,數列交替正負;r 的絕對值介於 0 到 1 之間時,數列趨向 0。