一个等比级数的首项为 ,第二项为 。 证明当 时,该级数是收敛的。 已知 且 表示该级数前 项的和。求 ,并由此确定 的确切值。 证明 ,其中 。 由此求满足 的 的最小可能值。
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完整解法
4(a)(i)
1. Find the common ratio $r$ in its simplest form.
Using the double angle identity :
2. Use the given domain of $\theta$ to show that $|r| < 1$.
For the given interval , the cosine function is bounded by .
Therefore, dividing by gives:
Since , we have .
Because , the geometric series is convergent.
As , the series is convergent.
4(a)(ii)
1. Evaluate the first term $a$ and common ratio $r$ when $\theta = \frac{3\pi}{4}$.
The first term is .
Since ,
The second term is .
So, the common ratio .
2. Substitute $a$ and $r$ into the formula for the sum of the first $n$ terms, $S_n$.
3. Determine the sum to infinity $S_\infty$ using the result for $S_n$.
As , since , the term .
Hence,
,
4(b)(i)
1. Multiply the numerator and denominator by the conjugate of the denominator.
2. Simplify the denominator using the difference of squares identity to prove the result.
\n\n
\text{Shown}
4(b)(ii)
1. Use the identity from part (b)(i) to rewrite the terms of the series.
2. Evaluate the sum using the method of differences.
3. Set up and solve the inequality to find the least integer $N$.
Since must be an integer, the least possible value is .
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