Сумма бесконечного ряда в excel

Функция РЯД.СУММ в Excel предназначена для расчета суммы степенного ряда типа a₁xⁿ+a₂x^(n+m)+a₃x^(n+2m)+…+a_ix^(n+(i-1)m), где:

• a – некоторый коэффициент;
• x –переменная ряда;
• n – показатель степени независимой переменной для первого члена ряда;
• m – количественная характеристика изменения показателя степени независимой переменной.

Функция РЯД.СУММ производит расчет суммы членов степенного ряда на основе известных значений, переданных в качестве ее аргументов, и возвращает соответствующее числовое значение.

Примеры использования функции РЯД.СУММ в Excel

Пример 1. Рассчитать сумму первых пяти членов в ряду типа f(x)=∑_i=0^∞a_ix^(n+(i-1)), если x имеет значение 5, начальная степень переменной n=1 и для каждого последующего члена увеличивается на 1, коэффициенты a приведены в таблице Excel.

Вид исходной таблицы:

Расчет производится по следующей формуле:

Описание аргументов:

• B2 – значение переменной x степенного ряда;
• B4 — показатель степени переменной;
• B6 – шаг увеличения степени переменной;
• A2:A6 – диапазон ячеек, содержащих значения коэффициентов a.

Результат вычислений:

Сумма степенного ряда составила 532,67.



Определение синуса методом разложения на ряд Маклорена в Excel

Пример 2. Определить значение sin1 с точностью до пяти знаков после запятой методом разложения функции sinx на ряд Маклорена.

Функция sinx может быть представлена в виде ряда:

Часть выражения 1/(2n+1)! является коэффициентом a степенного ряда.

Нулевым коэффициентом ряда является 1 (поскольку первое значение – x, который по условию равен 1) a для остальных используем формулу:

=1/ФАКТР(2*1+1)

Функция ФАКТР используется для определения факториала числа. Аналогично рассчитаем значения еще двух коэффициентов и введем остальные данные:

Для расчета используем формулу:

=ОКРУГЛ(A2+РЯД.СУММ(B2;C2;D2;A3:A5);5)

Описание аргументов:

• A2 – нулевой коэффициент (вынесен за пределы формулы);
• B2 – значение переменной;
• C2 – показатель степени переменной первого члена последовательности;
• A3:A5 – диапазон ячеек, содержащих значения коэффициентов.

Результат вычислений округляется функцией ОКРУГЛ до 5 знаков после запятой.

Результат вычислений:

Расчет экспоненциального роста сложных процентов по функции РЯД.СУММ в Excel

Пример 3. В банк был сделан депозит под 15% годовых на некоторую сумму с непрерывным увеличением процентов на 5 лет. Определить показатель роста инвестиций с использованием разложения в степенной ряд.

Для расчета параметра роста можно использовать функцию y=ex. Как известно, ее можно разложить в ряд Маклорена следующим способом:

Для расчета коэффициентов можно использовать формулу an=1/n!. Заполним таблицу исходных данных:

Значение x рассчитано как произведение ставки и времени действия договора. А расчета коэффициента такой же, как и в предыдущем примере: =1/ФАКТР(2), (3), (4)…

Предположим, данного количества коэффициентов достаточно для расчета. Используем следующую функцию:

=РЯД.СУММ(E2;F2;G2;D2:D6)

Полученное значение:

Проверим результат с использованием функции EXP:

Рассчитаем погрешность по формуле:

=ABS(1-B5/B4)

Полученный результат:

Начальная сумма вклада увеличится примерно в 2,12 раза. Значения членов степенного ряда, на который была разложена функция y=ex, убывают по мере роста показателя степени, демонстрируя, как по мере уменьшения временных интервалов снижается показатель роста. То есть, «старший» член ряда делает меньший «вклад» в общую сумму.

Особенности использования функции РЯД.СУММ в Excel

Функция имеет следующую синтаксическую запись:

=РЯД.СУММ(x; n; m;коэффициенты)

Описание аргументов (все являются обязательными для заполнения):

• x – числовое значение, характеризующее переменную величину степенного ряда;
• n – числовое значение, которое характеризует показатель степени переменной x для первого члена ряда;
• m – числовое значение, характеризующее изменение показателя степени n переменной от первого члена ряда к последующим членам. Например, если m принимает значение 1, то для второго члена показатель степени равен n+(2-1)*1, третьего – n+(3-1)*1 (то есть, n+2), а для i-го члена показатель степени переменной рассчитывается как n+(i-1)*1;
• коэффициенты – одно или несколько числовых значений, характеризующие значения коэффициентов a₁, a₂, a₃,…,a_i в выражении a₁xⁿ+a₂x^(n+m)+a₃x^(n+2m)+…+a_ix^(n+(i-1)m).

Примечания 1:

1. Любой аргумент рассматриваемой функции должен быть представлен данными числового типа, именем или текстовой строкой, преобразуемыми в число. Если один или несколько аргументов функции РЯД.СУММ принимают значения не преобразуемых к числовым значениям типов данных, результатом выполнения данной функции будет код ошибки #ЗНАЧ!.
2. Функция не выполняет автоматического преобразования логических ИСТИНА и ЛОЖЬ к числовым данным 1 и 0 соответственно. Запись типа =РЯД.СУММ(ИСТИНА;1;1;1) вернет код ошибки #ЗНАЧ!.
3. Аргумент коэффициенты может принимать одно или несколько значений в форме диапазона ячеек или массива данных (например, =РЯД.СУММ(1;2;1;A1:A8), или =РЯД.СУММ(1;1;1;{1;2;3;4;5}). Количество элементов массива, переданного в качестве аргумента коэффициенты, или число ячеек в переданной ссылке на диапазон регламентирует количество членов степенного ряда, сумму которых вычисляет рассматриваемая функция.
4. Функция РЯД,СУММ не может быть использована в качестве формулы массива. Например, выражение типа =РЯД.СУММ(A1:A4;1;1;{1;2;3;4}) вернет диапазон из четырех ячеек с кодами ошибки #ЗНАЧ!.

Примечания 2:

1. Степенным рядом является выражение типа f(x)=∑_n=0^∞=0a_nxⁿ, где значения коэффициентов a принадлежат определенному диапазону величин (алгебраическому кольцу R).
2. Одной из основных характеристик числового ряда является его сходимость (или расходимость). Сходимым рядом является последовательность, сумма членов которой является конечной величиной. Соответственно, если ряд расходится, это означает, что сумма бесконечного числа его членов является бесконечной величиной. Примером сходимого ряда может служить сумма членов бесконечно убывающей геометрической прогрессии.
3. Для упрощенного представления (аппроксимации) существуют различные методы их разложения на степенные ряды. Нахождение суммы определенного количества членов такого ряда позволяет добиться довольно точного результата. При этом последующие члены представляют собой настолько малые величины, что ими можно пренебречь при расчете общей суммы членов.

Как легко понять знаки Σ и П с помощью программирования

Для тех, кто подзабыл матешу

Вот говорят, что если ты не закончил Физтех, ФПМ или Бауманку, тебе в программировании делать нечего. Почему так говорят? Потому что, дескать, ты не учил сложную математику, а в программировании без неё никуда.

Это всё чушь, конечно. Если вы плохо знаете математику, вы можете быть блестящим разработчиком. Вы вряд ли напишете драйверы для видеокарты, но вы запросто сделаете мобильное приложение или веб-сервис. А это — основные деньги в этой среде.

Но всё же, чтобы получить некоторое интеллектуальное превосходство, вот вам пара примеров из страшного мира математики. Пусть они покажут вам, что не все закорючки в математике — это ад и ужас. Вот две нестрашные закорючки.

Знак Σ — сумма

Когда математикам нужно сложить несколько чисел подряд, они иногда пишут так:

Σ (читается «сигма») — это знак алгебраической суммы, который означает, что нам нужно сложить все числа от нижнего до верхнего, а перед этим сделать с ними то, что написано после знака Σ.

На картинке выше написано следующее: «посчитать сумму всех чисел от 5 до 15, умноженных на два». То есть:

1. Взять все числа от 5 до 15 (снизу и сверху знака Σ).
2. С каждым из этих чисел сделать то, что написано справа от Σ, — то есть умножить на два.
3. Сложить результаты этих операций.

Давайте для закрепления ещё один пример. На картинке ниже будет сказано «Найди сумму квадратов чисел от 5 до 10». То есть «возьми все числа от 5 до 10, каждое из них возведи в квадрат, а результаты сложи».

Но мы с вами как программисты видим, что здесь есть повторяющиеся действия: мы много раз складываем числа, которые меняются по одному и тому же правилу. А раз мы знаем это правило и знаем, сколько раз надо его применить, то это легко превратить в цикл. Для наглядности мы показали, какие параметры в Σ за что отвечают в цикле:

Произведение П

С произведением в математике работает точно такое же правило, только мы не складываем все элементы, а перемножаем их друг на друга:

А если это перевести в цикл, то алгоритм получится почти такой же, что и в сложении:

Что дальше

Сумма и произведение — простые математические операции, пусть они и обозначаются страшными символами. Впереди нас ждут интегралы, дифференциалы, приращения и бесконечные ряды. С ними тоже всё не так сложно, как кажется на первый взгляд.

Как найти сумму числового и функционального ряда

Числовой ряд является некой последовательностью, которая рассматривается совместно с другой последовательностью (ее еще называют последовательностью частичных сумм). Подобные понятия применяются в математическом и комплексном анализе.

Сумму числового ряда можно легко вычислить в Excel с помощью функции РЯД.СУММ. Рассмотрим на примере, как работает данная функция, а после построим график функций. Научимся применять числовой ряд на практике при подсчете роста капитала. Но для начала немного теории.

Сумма числового ряда

Числовой ряд можно рассматривать как систему приближений к числам. Для его обозначения применяют формулу:

Здесь показана начальная последовательность чисел ряда и правило суммирования:

• ∑ — математический знак суммы;
• a_i — общий аргумент;
• _i — переменная, правило для изменения каждого последующего аргумента;
• ∞ — знак бесконечности, «предел», до которого проводится суммирование.

Запись обозначает: суммируются натуральные числа от 1 до «плюс бесконечности». Так как _i = 1, то подсчет суммы начинается с единицы. Если бы здесь стояло другое число (например, 2, 3), то суммировать мы начинали бы с него (с 2, 3).

В соответствии с переменной _i ряд можно записать развернуто:

= а₁ + а₂ + а₃ + а₄ + а₅ + … (до «плюс бесконечности).

Определение суммы числового ряда дается через «частичные суммы». В математике они обозначаются Sn. Распишем наш числовой ряд в виде частичных сумм:

Сумма числового ряда – это предел частичных сумм S_n. Если предел конечен, говорят о «сходящемся» ряде. Бесконечен – о «расходящемся».

Сначала найдем сумму числового ряда:

Теперь построим в Excel таблицу значений членов ряда:

Общий первый аргумент берем из формулы: i=3.

Все следующие значения _i находим по формуле: =B4+$B$1. Ставим курсор в нижний правый угол ячейки В5 и размножаем формулу.

Найдем значения. Делаем активной ячейку С4 и вводим формулу: =СУММ(2*B4+1). Копируем ячейку С4 на заданный диапазон.

Значение суммы аргументов получаем с помощью функции: =СУММ(C4:C11). Комбинация горячих клавиш ALT+«+» (плюс на клавиатуре).

Функция РЯД.СУММ в Excel

Для нахождения суммы числового ряда в Excel применяется математическая функция РЯД.СУММ. Программой используется следующая формула:

• х – значение переменной;
• n – степень для первого аргумента;
• m – шаг, на который увеличивается степень для каждого последующего члена;
• а – коэффициенты при соответствующих степенях х.

Важные условия для работоспособности функции:

• все аргументы обязательные (то есть все должны быть заполнены);
• все аргументы – ЧИСЛОвые значения;
• вектор коэффициентов имеет фиксированную длину (предел в «бесконечность» не подойдет);
• количество «коэффициентов» = числу аргументов.

Вычисление суммы ряда в Excel

Та же функция РЯД.СУММ работает со степенными рядами (одним из вариантов функциональных рядов). В отличие от числовых, их аргументы являются функциями.

Функциональные ряды часто используются в финансово-экономической сфере. Можно сказать, это их прикладная область.

Например, положили в банк определенную сумму денег (а) на определенный период (n). Имеем ежегодную выплату х процентов. Для расчета наращенной суммы на конец первого периода используется формула:

На конец второго и последующих периодов – вид выражений следующий:

S₂ = a (1 + x) 2 ; S₃ = a (1 + x) 2 и т.д.

Чтобы найти общую сумму:

S_n = a (1 + x) + a (1 + x) 2 + a (1 + x) 3 + … + a (1 + x) n

Частичные суммы в Excel можно найти с помощью функции БС().

Исходные параметры для учебной задачи:

Используя стандартную математическую функцию, найдем накопленную сумму в конце срока сумму. Для этого в ячейке D2 используем формулу: =B2*СТЕПЕНЬ(1+B3;4)

Теперь в ячейке D3 решим эту же задачу с помощью встроенной функции Excel: =БС(B3;B1;;-B2)

Результаты одинаковые, как и должно быть.

Как заполнить аргументы функции БС():

1. «Ставка» — процентная ставка, под которую оформлен вклад. Так как в ячейке В3 установлен процентный формат, мы в поле аргумента просто указали ссылку на эту ячейку. Если было бы указано число, то прописывали бы его сотую долю (20/100).
2. «Кпер» — число периодов для выплат процентов. В нашем примере – 4 года.
3. «Плт» — периодические выплаты. В нашем случае их нет. Поэтому поле аргумента не заполняем.
4. «Пс» — «приведенная стоимость», сумма вклада. Так как мы на время расстаемся с этими деньгами, параметр указываем со знаком «-».

Таким образом, функция БС помогла найти нам сумму функционального ряда.

В Excel есть и другие встроенные функции для нахождения разных параметров. Обычно это функции для работы с инвестиционными проектами, ценными бумагами и амортизационными платежами.

Построение графика функций суммы числового ряда

Построим график функций, отражающий рост капитала. Для этого нам нужно построить график функции являющейся суммой построенного ряда. За пример, возьмем те же данные по вкладу:

Дальше нам нужна функция для начисления сложных процентов — БС(). Мы узнаем будущею стоимость инвестиций при условии равных платежей и постоянной процентной ставке. Используя функцию БС(), заполним таблицу:

В первой строке показана накопленная сумма через год. Во второй – через два. И так далее.

Сделаем еще один столбец, в котором отразим прибыль:

Как мы считали – в строке формул.

На основании полученных данных построим график функций.

Выделим 2 диапазона: A5:A9 и C5:C9. Переходим на вкладку «Вставка» — инструмент «Диаграммы». Выбираем первый график:

Сделаем задачу еще более «прикладной». В примере мы использовали сложные проценты. Они начисляются на наращенную в предыдущем периоде сумму.

Возьмем для сравнения простые проценты. Формула простых процентов в Excel: =$B$2*(1+A6*B6)

Добавим полученные значения в график «Рост капитала».

Какие именно выводы сделает инвестор – очевидно.

Математическая формула частичной суммы функционального ряда (с простыми процентами): S_n = a (1 + x*n), где а – первоначальная сумма вклада, х – проценты, n – период.

Сумма ряда

Содержание:

Понятие суммы ряда

Постановка задачи. Найти сумму ряда

где — целые числа.

План решения. Суммой ряда называется предел последовательности его частичных сумм , т.е.

где

1. По условию задачи

Если корни знаменателя различаются на целое число, т.е. где — натуральное число, то члены последовательности частичных сумм ряда легко найти, так как в выражении многие слагаемые взаимно уничтожаются.

По этой ссылке вы найдёте полный курс лекций по высшей математике:

2. Разлагаем общий член ряда на элементарные дроби:

и выписываем несколько членов ряда так, чтобы было видно, какие слагаемые сокращаются при вычислении частичных сумм ряда.

3. Находим -ю частичную сумму ряда:

,

сократив соответствующие слагаемые.

4. Вычисляем сумму ряда по формуле (1)

и записываем ответ.

Пример:

Найти сумму ряда

Решение:

1. Корни знаменателя и различаются на целое число, т.е. Следовательно, члены последовательности частичных сумм ряда легко найти, так как в выражении многие слагаемые взаимно уничтожаются.

2. Разлагаем общий член ряда на элементарные дроби

и выписываем несколько членов ряда:

3. Сокращая все слагаемые, какие возможно, находим -ю частичную сумму ряда:

4. Вычисляем сумму ряда по формуле (1):

Ответ:

Возможно вам будут полезны данные страницы:

Вычисление суммы ряда почленным интегрированием

Постановка задачи. Найти сумму функционального ряда вида

и указать область сходимости ряда к этой сумме.

План решения.

1. Находим область сходимости ряда.

По признаку Коши интервал сходимости определяется неравенством

Если , ряд расходится. Если , ряд сходится условно (по признаку Лейбница). Следовательно, область сходимости определяется неравенствами

2. Делаем в исходном ряде замену , получим степенной ряд

с областью сходимости .

3. Известна формула для вычисления суммы членов бесконечно убывающей геометрической прогрессии

4. Кроме того, имеем очевидное равенство

5. Учитывая, что степенной ряд можно почленно интегрировать на любом отрезке , целиком принадлежащем интервалу сходимости, и используя формулу (2), получаем

Заметим, что так как ряд (1) сходится в граничной точке , то сумма ряда непрерывна в этой точке (справа). Следовательно,

6. Вычисляем интеграл, делаем замену на и записываем ответ: сумму ряда и область его сходимости.

Замечание. Если ряд имеет вид

то применяем теорему о почленном интегрировании степенного ряда дважды или разлагаем дробь на элементарные:

и вычисляем сумму каждого ряда почленным интегрированием.

Пример:

Найти сумму ряда

и указать область сходимости ряда к этой сумме.

Решение:

1. Находим область сходимости ряда.

По признаку Коши интервал сходимости определяется неравенством

В граничных точках при ряд расходится, при ряд сходится условно.

Следовательно, данный ряд сходится при всех .

2. Сделаем замену Получим геометрический ряд (1) с областью сходимости

3. Используем формулу для вычисления суммы членов бесконечно убывающей геометрической прогрессии

4. Кроме того, имеем очевидное равенство

5. Учитывая, что степенной ряд можно почленно интегрировать на любом отрезке , целиком принадлежащем интервалу сходимости, и используя формулу (4), получаем

Заметим, что так как ряд (1) сходится в граничной точке , то его сумма непрерывна в этой точке (справа). Следовательно, формула (5) справедлива при всех .

6. Заменяя на , получаем при

Ответ.

Вычисление суммы ряда почленным дифференцированием

Постановка задачи. Найти сумму функционального ряда вида

и указать область сходимости ряда к этой сумме.

1. Находим область сходимости ряда.

По признаку Коши интервал сходимости определяется неравенством

Если , ряд расходится (не выполнено необходимое условие сходимости). Следовательно, область сходимости определяется неравенствами .

2. Делаем в исходном ряде замену и записываем его в виде суммы двух рядов

Следовательно, достаточно найти суммы рядов

и

3. Известна формула для суммы членов бесконечно убывающей геометрической прогрессии

4. Кроме того, имеем очевидное равенство

5. Учитывая, что степенной ряд можно почленно дифференцировать в любой точке интервала сходимости, и используя формулу (1), получаем

6. Вычисляем производную и делаем замену на . Записываем ответ: сумму ряда и область его сходимости.

Замечание. Если ряд имеет вид

то вычисляем сумму трех рядов, причем при вычислении суммы ряда

применяем теорему о почленном дифференцировании степенного ряда дважды.

Пример:

Найти сумму ряда

и указать область сходимости ряда к этой сумме.

Решение:

1. Находим область сходимости ряда.

По признаку Коши интервал сходимости определяется неравенством . Отсюда . В граничных точках ряд расходится, так как не выполнено необходимое условие сходимости. Следовательно, ряд сходится в интервале .

2. Делаем в исходном ряде замену и записываем его в виде суммы двух рядов

Следовательно, достаточно найти суммы рядов

3. Используем формулу для вычисления суммы членов бесконечно убывающей геометрической прогрессии:

Следовательно, при всех .

4. Кроме того, имеем очевидное равенство

5. Учитывая, что степенной ряд можно почленно дифференцировать в любой точке интервала сходимости, и используя формулу (2), получаем

Заменяя на , получим

Ответ.

Присылайте задания в любое время дня и ночи в ➔

Официальный сайт Брильёновой Натальи Валерьевны преподавателя кафедры информатики и электроники Екатеринбургского государственного института.

Все авторские права на размещённые материалы сохранены за правообладателями этих материалов. Любое коммерческое и/или иное использование кроме предварительного ознакомления материалов сайта natalibrilenova.ru запрещено. Публикация и распространение размещённых материалов не преследует за собой коммерческой и/или любой другой выгоды.

Сайт предназначен для облегчения образовательного путешествия студентам очникам и заочникам по вопросам обучения . Наталья Брильёнова не предлагает и не оказывает товары и услуги.