題目
Problem
Find the rational number that is represented by the repeating decimal
2.21=2.21212121...=(5).
解答
解法一:代數相減法(快速解法)
思路
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- 本題要求將循環小數 2.21 轉換為最簡分數形式。
- 令 x=2.21。因為循環節的長度是 2 位數(
21 循環),我們可以將 x 乘以 102=100 倍,使小數部分完全對齊。
- 用 100x 減去 x,即可消去無窮延伸的循環小數部分,化為簡單的一元一次方程式求出 x。
- 最後將分數約分至最簡。
答題過程
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令:
x=2.21=2.21212121…
將 x 乘以 100:
100x=221.21212121⋯=221.21
將兩式相減以消去循環部分:
100x−x=99x=221.21−2.21219
解得 x:
x=99219
觀察分子與分母,它們都可以被 3 整除,分子分母同除以 3 進行約分:
x==99÷3219÷33373
因此,第 (5) 格答案為 \frac{73}{33}。
解法二:無窮等比級數求和(微積分標準法)
思路
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- 循環小數本質上是一個無窮等比級數。
- 我們可以將 2.21 拆解為整數部分與無窮項之和:
2.21=2+10021+1000021+100000021+⋯
- 其中,從第二項開始是一個首項 a=10021,公比 r=1001 的無窮等比級數。
- 利用無窮等比級數求和公式 S=1−1/ra(當 ∣r∣<1 時)求出和,再加上整數 2 即可。
答題過程
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我們將循環小數寫成求和形式:
2.21===2+0.21+0.0021+0.000021+⋯2+10221+10421+10621+⋯2+n=1∑∞102n21
後方的求和部分為首項 a=10021,公比 r=1001 的無窮等比級數。由於公比 ∣r∣=1001<1,此級數收斂,其和為:
S=====1−ra1−10011002110099100219921337
將此結果加回整數部分 2:
2.21====2+S2+3373366+73373
因此,第 (5) 格答案為 \frac{73}{33}。