初項(数列の最初の数)・公比(1項進むごとに掛ける数)・項数(何項目まで求めるか)を入力して「計算する」を押してください。数列の先頭の項・第n項・初項から第n項までの和をまとめて計算します。下の一般項の式は入力欄と連動していて、初項・公比・項数の部分を直接書き換えても計算できます。公比の絶対値が1より小さいときは、無限に足し続けたときの和(無限等比級数の和)も表示します。
このページでできること
- 初項(最初の数)・公比(1項ごとに掛ける数)・項数の3つを入れるだけで、等比数列の第 \(n\) 項と、初項から第 \(n\) 項までの和がまとめて求められます
- 「3, 6, 12, 24, …と2倍ずつ増える数列の10番目の数は? 全部足すといくつ?」のような数列の問題にそのまま使えます
- 初項・公比には小数やマイナスの数も使えます(半分ずつになる数列は公比を「0.5」、符号が交互に変わる数列は公比をマイナスにします)
- 公比の絶対値が1より小さいときは、無限に足し続けたときの和(無限等比級数の和)もあわせて表示します
- 数列の項が倍々で(曲線を描くように)増えていく様子を、計算結果と一緒にグラフでも確認できます。式のやさしい解説・Excel/Googleスプレッドシート/Python用のコピペ数式・計算ドリル(演習問題)もこのページにまとまっています
この計算は何の役に立つ?
利息にも利息が付く「複利」では、残高は毎年同じ倍率で増える等比数列になります。元本100万円を年利3%の複利で運用すると、残高は毎年1.03倍——10年後には \(100 \times 1.03^{10} \fallingdotseq 134.4\) 万円です(利率が10年間一定と仮定した場合)。
「◯年後にいくらになる?」は等比数列の第 \(n\) 項の計算そのもの。毎年同じ額ずつ増える「単利」(等差数列)との違いは「足して増えるか、掛けて増えるか」です。
分裂で増える細菌は、1回の分裂ごとに数が2倍になる公比2の等比数列です。仮に20分に1回分裂する細菌が1個あると、6時間後(18回分裂後)には \(2^{18} = 262144\) 個——26万個を超えます(栄養や空間が十分で、死なずに分裂し続けるという理想化した仮定です)。
「食品を常温に放置してはいけない」と言われる理由も、この倍々の増え方(指数的な増加)にあります。
厚さ0.1mmのコピー用紙を1回折ると厚さは2倍——折るたびに2倍になる公比2の等比数列です。計算上は、10回折ると \(0.1 \times 2^{10} = 102.4\) mm(約10cm)、23回折ると約839mで、東京スカイツリー(634m)を超えます。
実際には紙は物理的に7〜8回程度しか折れませんが、「たった23回の倍々でスカイツリー超え」という計算は、等比数列の増え方が足し算の感覚をはるかに超えることを教えてくれます。
落とすたびに、はね返る高さが直前の6割になるボールがあるとします。高さ2mから落とすと、はね返る高さは公比0.6の等比数列で減っていき、5回目には \(2 \times 0.6^{5} \fallingdotseq 0.16\) m(約16cm)まで低くなります。
振動や音の減衰、薬の血中濃度の減り方など、「毎回同じ割合で減っていく」現象は公比が1より小さい等比数列でモデル化されます。
ピアノなどで使われる平均律の音階は、半音上がるごとに音の周波数が約1.0595倍(正確には2の12乗根倍)になる等比数列です。ラの音(440Hz)から半音を12個のぼると \(440 \times (\sqrt[12]{2})^{12} = 880\) Hzで、ちょうど1オクターブ上のラになります。
「どの半音間も同じ比率」だからこそ、どの調に移調しても同じ響きで演奏できる——音楽の土台に等比数列が使われています。
式とグラフ
用語・記号の解説
記号
| \(a\) | エー | 初項。数列の一番最初の項(数)です。3, 6, 12, 24, …という数列なら3にあたります。 |
| \(r\) | アール | 公比。隣の項に進むごとに掛ける一定の数です。3, 6, 12, 24, …なら2です。英語の ratio(比)の頭文字で、小数やマイナスの数のこともあります。 |
| \(n\) | エヌ | 項数。何番目の項まで考えるかを表す正の整数です。「第10項まで」なら \(n = 10\) です。 |
| \(a_n\) | エー・エヌ | 第 \(n\) 項。数列の \(n\) 番目の数です。右下の小さい文字(添え字)が「何番目か」を表します。第 \(n\) 項を \(n\) の式で表したものは「一般項」と呼ばれます。 |
| \(r^{n-1}\) | アールの エヌ引くいち 乗 アールの エヌマイナスいち 乗 | 公比 \(r\) を \(n-1\) 回掛けた数(累乗)。第1項から第 \(n\) 項へは \(n-1\) 回進むので、掛ける回数は項の個数 \(n\) より1つ少なくなります(第1項から第3項へは2回進む)。 |
| \(S_n\) | エス・エヌ | 初項から第 \(n\) 項までの和。\(a_1 + a_2 + \cdots + a_n\) をまとめて表した記号で、英語の sum(和)の頭文字です。 |
| \(S\) | エス | 無限等比級数の和。項を無限に足し続けたときに近づく値です。\(S_\infty\)(エス・むげんだい)と書かれることもあります。 |
| \(\cdots\) | てんてんてん(三点リーダー) | 「同じ規則で続く」ことを表す記号。3, 6, 12, 24, …と書いたら「このあとも2倍になり続ける」という意味です。 |
用語
| 数列 | すうれつ | 数を一列に並べたもの。並んでいる1つ1つの数を「項」と呼びます。高校の数学Bで学ぶ単元です。 |
| 等比数列 | とうひすうれつ | 隣り合う項の比がいつも同じ数列。3, 6, 12, 24, …(毎回2を掛ける)のような数列です。「比が等しい数列」なので等比数列と呼びます。 |
| 項 | こう | 数列に並んでいる1つ1つの数。最初から順に第1項、第2項、…と呼びます。 |
| 初項 | しょこう | 数列の一番最初の項。第1項のことです。記号では \(a\) や \(a_1\) と書きます。 |
| 公比 | こうひ | 等比数列で、隣の項に進むごとに掛ける一定の数のこと。どの隣同士で「後ろ ÷ 前」の割り算をしても同じ値になります。小数(例:0.5=半分ずつになる)やマイナスの数(符号が交互に変わる)でもかまいません。 |
| 累乗 | るいじょう | 同じ数を何回も掛けること。\(2^5\)(2の5乗)は \(2 \times 2 \times 2 \times 2 \times 2 = 32\) のことで、右上の小さい数(指数)が掛ける回数を表します。中学1年で学びます。 |
| 一般項 | いっぱんこう | 第 \(n\) 項を \(n\) の式で表したもの。等比数列の一般項は \(a_n = a r^{n-1}\) で、\(n\) に番号を入れるとその項の値がすぐわかります。 |
| 無限等比級数 | むげんとうひきゅうすう | 等比数列の項を無限に足し続けたもの。公比の絶対値が \(1\) より小さいときだけ和が一定の値 \(\dfrac{a}{1-r}\) に収束します。高校の数学IIIで学ぶ内容ですが、考え方は「足すたびに増える量が小さくなっていく」というシンプルなものです。 |
| 収束 | しゅうそく | 足し続ける(または項を進める)ほど、一定の値に限りなく近づくこと。100 + 50 + 25 + 12.5 + …は足すほど200に近づくので「200に収束する」といいます。 |
| 等差数列 | とうさすうれつ | 隣り合う項の差がいつも同じ数列。5, 8, 11, 14, …(毎回3を足す)のような数列です。同じ数を「掛ける」等比数列とは増え方が違うので、このページの式は使えません。 |
前提として理解しておくといいこと
このページの計算を「意味がわかって」使えるようになるために、前提として理解しておくといいことをまとめました。
つまずいたら、この表の内容に戻って復習するのが近道です。
| 変わり方の決まり・数の並び(小学4〜6年) |
|
| 小数・分数の掛け算(小学5〜6年) |
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| 正負の数(中学1年) |
|
| 文字と式・累乗(中学1年) |
|
| 四則の混じった計算(小学4年〜中学1年) |
|
Excelで計算する方法
| 初項 a | 3 |
| 公比 r | 2 |
| 項数 n | 10 |
| 第n項 | =B1*B2^(B3-1) |
| 初項 a | 3 |
| 公比 r | 2 |
| 項数 n | 10 |
| 初項から第n項までの和 | =IF(B2=1,B1*B3,B1*(1-B2^B3)/(1-B2)) |
| 初項 a | 100 |
| 公比 r | 0.5 |
| 無限に足し続けたときの和 | =B1/(1-B2) |
数式の中の「B1」「B2」は「そのセルの数値を使う」という意味で、「*」が掛け算、「/」が割り算、「^」が累乗(B2^(B3-1)は「公比の(項数−1)乗」)です。
2つ目の表のIF(B2=1, …)は「公比が1のときは 初項×項数、そうでなければ和の公式で計算する」という場合分けです(公比1では和の公式の分母が0になるため)。
例えば1つ目の表ならB4に1536(第10項)、2つ目の表ならB4に3069(和)、3つ目の表ならB3に200と表示されます。入力欄を自分の数値に書き換えるだけで使えます。
Googleスプレッドシートで計算する方法
| 初項 a | 3 |
| 公比 r | 2 |
| 項数 n | 10 |
| 第n項 | =B1*B2^(B3-1) |
| 初項 a | 3 |
| 公比 r | 2 |
| 項数 n | 10 |
| 初項から第n項までの和 | =IF(B2=1,B1*B3,B1*(1-B2^B3)/(1-B2)) |
| 初項 a | 100 |
| 公比 r | 0.5 |
| 無限に足し続けたときの和 | =B1/(1-B2) |
Pythonで計算する方法
first_term = 3 # 初項
common_ratio = 2 # 公比
number_of_terms = 10 # 項数
# 第n項 = 初項 × 公比の(n - 1)乗
nth_term = first_term * common_ratio ** (number_of_terms - 1)
# 初項から第n項までの和 = 初項 × (1 - 公比のn乗) ÷ (1 - 公比) ※公比が1のときは 初項 × 項数
if common_ratio == 1:
sum_of_terms = first_term * number_of_terms
else:
sum_of_terms = first_term * (1 - common_ratio ** number_of_terms) / (1 - common_ratio)
# 数列の先頭10項(確認用)
sequence = [first_term * common_ratio ** k for k in range(min(number_of_terms, 10))]
print(f"数列の先頭: {sequence}")
print(f"第{number_of_terms}項: {nth_term}")
print(f"初項から第{number_of_terms}項までの和: {sum_of_terms}")
数式記述言語(LaTeX等)での書き方(コピペ可)
aₙ = a × rⁿ⁻¹
a_n = a r^{n-1}
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block">
<mrow>
<msub><mi>a</mi><mi>n</mi></msub>
<mo>=</mo>
<mi>a</mi>
<msup><mi>r</mi><mrow><mi>n</mi><mo>−</mo><mn>1</mn></mrow></msup>
</mrow>
</math>
a_n = a r^(n-1)
a*r^(n - 1)
an := a*r^(n - 1);
a_n = a*r^(n - 1);
a_n = ar^(n - 1)
Sₙ = a(1 − rⁿ) ÷ (1 − r)
S_n = \dfrac{a(1 - r^{n})}{1 - r} \quad (r \neq 1)
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block">
<mrow>
<msub><mi>S</mi><mi>n</mi></msub>
<mo>=</mo>
<mfrac>
<mrow>
<mi>a</mi>
<mo>(</mo>
<mn>1</mn>
<mo>−</mo>
<msup><mi>r</mi><mi>n</mi></msup>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mrow>
<mn>1</mn>
<mo>−</mo>
<mi>r</mi>
</mrow>
</mfrac>
</mrow>
</math>
S_n = (a(1 - r^n))/(1 - r)
a*(1 - r^n)/(1 - r)
Sn := a*(1 - r^n)/(1 - r);
S_n = a*(1 - r^n)/(1 - r);
S_n = a(1 - r^n)/(1 - r)
Sₙ = a × n
S_n = a n \quad (r = 1)
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block">
<mrow>
<msub><mi>S</mi><mi>n</mi></msub>
<mo>=</mo>
<mi>a</mi>
<mi>n</mi>
</mrow>
</math>
S_n = a n
a*n
Sn := a*n;
S_n = a*n;
S_n = an
S = a ÷ (1 − r)
S = \dfrac{a}{1 - r} \quad (|r| < 1)
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block">
<mrow>
<mi>S</mi>
<mo>=</mo>
<mfrac>
<mi>a</mi>
<mrow>
<mn>1</mn>
<mo>−</mo>
<mi>r</mi>
</mrow>
</mfrac>
</mrow>
</math>
S = a/(1 - r)
a/(1 - r)
S := a/(1 - r);
S = a/(1 - r);
S = a/(1 - r)
ChatGPT に聞いて計算してもらう方法
あなたは等比数列の計算アシスタントです。次の計算を、必ずPythonコードを実際に実行して行い、実行結果の数値だけを根拠に回答してください(暗算や推測で答えないでください)。第n項は a_n = a × r^(n-1)、和は S_n = a(1 - r^n)/(1 - r)(r = 1 のときは S_n = a × n)、|r| < 1 のときの無限等比級数の和は S = a/(1 - r) で求めてください。 1. 初項3、公比2の等比数列の第10項と、初項から第10項までの和 2. 初項100、公比0.5の等比数列の第6項と、初項から第6項までの和と、無限に足し続けたときの和 3. 初項3、公比-2の等比数列の第6項と、初項から第6項までの和 計算に使った式と、実行結果の数値を示してください。
計算ドリル(演習問題)
このページの式を、自分の手で計算できるようになるための演習問題です。
答えと解説は解答ページにあります。
使い方
-
1数値を入力計算したい数値を入力欄に入力します
-
2計算「計算する」ボタンを押します
-
3結果を確認計算結果がその場に表示されます。計算の考え方や式の解説も同じページで確認できます
DataChefの特徴
専門知識不要、直感的で簡単な操作
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クレジット表記不要
商用利用許諾の連絡も不要です
