无限循环小数怎么化成分数
的有关信息介绍如下:在小学阶段,我们接触过无限循环小数,比如0.333...,0.999...,0.135135135...,3.75121212...,等等。也知道无限循环小数是可以化成分数的。可是,无限循环小数怎么化成分数呢?下面将逐步用实例推导出无限循环小数化成分数的公式。
无穷级数指的就是一个无穷多项的序列的求和式子。我们用实例说明。
①0.333...=0+0.3+0.03+0.003+...;
②0.333...=0+3/10+3/100+3/1000+...+3/(10^n)+...;
③0.999...=0+0.9+0.09+0.009+...;
④0.999...=0+9/10+9/100+9/1000+...+9/(10^n)+...;
⑤0.135135135...=0+0.135+0.000135+...;
⑥0.135135135...=0+135/1000+135/1000000+...+135/(1000^n)+...;
⑦3.75121212...=3+0.75+0.0012+0.000012+...;
⑧3.75121212...=3+75/100+12/10000+12/1000000+...+12/(100^n)+...。
如上所示,①=②;③=④;⑤=⑥;⑦=⑧。“等式”左端都是无限循环小数,是一个可以无限延伸的小数,“等式”右端都是该无限循环小数的展开式构成的无穷级数。而“等式”中不带省略记号“+...”的那部分,称为无穷级数的n项之和,它是一个有限和。
从形式上来看,“等式”右端是“+”号连接而成,但是并不表示把无限多的项一项一项这样实打实加起来,因为这是无法做到的,所以它只是一个事实的简写形式。这个事实是,当n很大,趋近于正无穷大的时候,“+...”这一部分无穷小。也就是说,当n很大,趋近于正无穷大的时候,此处无穷级数的n项之和就趋近于“等式”左端。
细心的朋友会发现,“等式”右端是一个以q(0<q<1)为公比的等比数列之和,这个和的式子又称为无穷等比级数。则“等式”右端可写成如下形式。
q+q²+q³+q^4+...+q^n+...,(0<q<1)。
q+q²+q³+q^4+...+q^n+...,(0<q<1)。
如前所述,这是一个公比在0和1之间的无穷等比级数。这里需要用到等比数列的求和公式Sn=[b1(1-k^n)]/(1-k),这个公式是这样来的。
首先,证明等比数列前n项和为Sn=[b1(1-k^n)]/(1-k),其中公比k≠1。
证明:设任意一个等比数列的首项为b1,公比为k≠1,再设等比数列前n项和为Sn,
当k≠1时,Sn=b1+b1k+b1k²+b1k³+b1k^4+...+b1k^(n-2)+b1k^(n-1);
将“等式”两端同时乘公比k,
kSn=b1k+b1k²+b1k³+b1k^4+...+b1k^(n-1)+b1k^n;
用上式减下式,得:Sn-kSn=b1-b1k^n;
(1-k)Sn=b1(1-k^n);
将“等式”两端同时除以(1-k),
则等比数列的求和公式为Sn=[b1(1-k^n)]/(1-k)。即得证。
然后,推导出无穷等比级数的求和公式。
当n趋近于正无穷大时,因为0<k<1,所以k^n趋近于无穷小,分子括号中的(1-k^n)趋近于1,利用极限,有Sn=b1/(1-k)[当n趋近于无穷大时],
在q+q²+q³+q^4+...+q^n+...中,公比q满足0<q<1,利用极限,有
⑨q+q²+q³+q^4+...+q^n+...=q/(1-q)。
最后,举例验证推导出的公式⑨。
利用⑨q+q²+q³+q^4+...+q^n+...=q/(1-q),我们很容易就能得出,
0.333...=3/10+3/100+3/1000+...+3/(10^n)+...
=3×(1/10)/[1-(1/10)]=(3/10)/(9/10)=3/10×10/9=1/3。
故0.333...=1/3。
同理,0.999...=+9/10+9/100+9/1000+...+9/(10^n)+...
=9×(1/10)/[1-(1/10)]=(9/10)/(9/10)=1
故0.999...=1,此处已经证明了0.999...=1。
0.135135...=135/1000+135/1000000+...+135/(1000^n)+...
=(135/1000)/[1-(1/1000)]=(135/1000)/(999/1000)=135/999=5/37
3.75121212...=3+75/100+12/10000+12/1000000+...+12/(100^n)+...
=3+75/100+[12/10000+12/1000000+...+12/(100^n)+...]
=3+75/100+(12/10000)/[1-(1/100)]
=3+75/100+(12/10000)/(99/100)
=3+75/100+(12/100)/99
=3+3/4+1/825
=3+(2479/3300)
公式正确无误。将得出的分数采用计算器逆运算,等于上述无限循环小数。
综上所述,所有无限循环小数都可以表示成整数或分数。令m是循环节前的小数位数,n是循环节部分的小数位数,由⑨可得,无限循环小数的表示公式为
a0.a1a2a3...amb1b2b3...bn
=a0.a1a2a3...am+[0.b1b2b3...bn/(10^m)]/[1-(1/10)^n]
我们举例验证公式。
公式:
a0.a1a2a3...amb1b2b3...bn
=a0.a1a2a3...am+[0.b1b2b3...bn/(10^m)]/[1-(1/10)^n]
示例:
0.999...=0+0.9/[1-(1/10)]=0.9/(1-0.1)=1;
0.2131313...=0.2+(0.13/10)/[1-(1/100)]=2/10+13/990=211/990。
公式正确无误。将得出的分数采用计算器逆运算,等于上述无限循环小数。