기하학 튜토리얼

기하급수와 급수의 공식: 언제 무엇을 사용할까

작성 게시일 May 8, 2026

기하급수는 각 항이 이전 항에 고정된 숫자, 즉 공비 (r)를 곱한 숫자들의 목록입니다. 기하급수는 이러한 항들의 합입니다. 필요한 두 공식은 간단하지만, 언제 무엇을 사용할지 — 그리고 무한 버전이 언제 수렴하는지 — 를 아는 것이 학생들을 혼란스럽게 합니다.

두 가지 핵심 공식

기하급수 — n번째 항

aₙ = a × rⁿ⁻¹

a는 첫 번째 항, r은 공비, n은 원하는 항의 번호(1, 2, 3, ...)입니다.

예: 2, 6, 18, 54, ...에서 a = 2, r = 3이므로 a₅ = 2 × 3⁴ = 2 × 81 = 162.

기하급수 — 처음 n개 항의 합

Sₙ = a × (1 − rⁿ) / (1 − r), r ≠ 1일 때 유효

r = 1이면 모든 항이 a와 같으므로, 단순히 곱하기: Sₙ = n × a.

예: 5, 10, 20, 40, 80의 합 (a = 5, r = 2, n = 5):
S₅ = 5 × (1 − 2⁵) / (1 − 2) = 5 × (1 − 32) / (−1) = 5 × (−31) / (−1) = 155

무한합 (단, |r| < 1일 때만)

S∞ = a / (1 − r), |r| < 1일 때만 유효

예: 1 + ½ + ¼ + ⅛ + ... (a = 1, r = ½, |r| < 1 ✓)
S∞ = 1 / (1 − ½) = 1 / 0.5 = 2.

|r| ≥ 1이면 항들이 일정하게 유지되거나 무한히 증가하므로, 무한합은 ∞ (발산)입니다.

급수 vs 급 — 언제 무엇을 사용할까

질문 유형이 공식 사용
"3, 9, 27, ...의 12번째 항은?"aₙ = a × rⁿ⁻¹ → a₁₂ = 3 × 3¹¹
"2, 4, 8, 16, ...의 처음 10개 항의 합은?"Sₙ = a(1 − rⁿ)/(1 − r) → S₁₀ = 2(1 − 2¹⁰)/(1 − 2) = 2046
"0.999...를 분수로?" (기하)S∞ = a/(1 − r) → 0.9/(1 − 0.1) = 0.9/0.9 = 1
"급수 1 + 2 + 4 + 8 + ...가 수렴하나?"r = 2, |r| ≥ 1, 따라서 발산 (합은 ∞)

5가지 예제

예제 1: 5, 15, 45, 135, ...의 8번째 항 찾기

a = 5, r = 15/5 = 3, n = 8.
a₈ = 5 × 3⁷ = 5 × 2187 = 10,935

예제 2: 100, 50, 25, ...의 처음 6개 항의 합

a = 100, r = ½, n = 6.
S₆ = 100 × (1 − (½)⁶) / (1 − ½)
(½)⁶ = 1/64
S₆ = 100 × (63/64) / (½) = 100 × (63/64) × 2 = 196.875

예제 3: 4 + 4/3 + 4/9 + ...의 무한합

a = 4, r = ⅓, |r| < 1 ✓
S∞ = 4 / (1 − ⅓) = 4 / (⅔) = 6

예제 4: a₁ = 3, a₅ = 48일 때 r 찾기

a₅/a₁ = r⁴ → 48/3 = r⁴ → r⁴ = 16 → r = ±2 (둘 다 작동)

예제 5: 2, 6, 18, ...의 합이 ≥ 1000이 되려면 몇 항?

Sₙ = 2(1 − 3ⁿ)/(1 − 3) = (3ⁿ − 1) ≥ 1000
3ⁿ ≥ 1001 → n × log(3) ≥ log(1001) → n ≥ log(1001)/log(3) ≈ 6.29
따라서 n = 7 항. 확인: S₇ = (3⁷ − 1) = 2187 − 1 = 2186 ✓

피해야 할 흔한 실수

  • 등차와 기하 혼동: 등차급수는 고정 차이 (d)를 더합니다; 기하급수는 고정 비율 (r)을 곱합니다.
  • n번째 항에서 오차 하나: 지수는 (n − 1)입니다, n이 아닙니다. 첫 번째 항은 지수 0이므로 a₁ = a × r⁰ = a.
  • |r| ≥ 1일 때 S∞ 적용: 공식 a/(1−r)은 |r| < 1일 때만 수렴합니다. r = 2 (또는 |r| ≥ 1인 경우)에서 합은 무한 — 공식을 맹목적으로 적용하지 마세요.
  • 음의 r에서의 부호 오류: r < 0이면 항들이 부호를 번갈아 가집니다 (예: r = −2는 1, −2, 4, −8, ...). 공식은 여전히 작동 — n이 짝수 vs 홀수일 때 rⁿ에 주의하세요.

이 모든 것을 한 번 클릭으로 계산하려면, 기하급수 계산기를 사용하세요 — a, r, n을 입력하면 n번째 항, 부분합, (적용 가능하다면) 무한합을 반환합니다.

FAQ

"기하급수"와 "기하급"은 같은가요? 급수는 항들의 목록(2, 6, 18)입니다. 급은 그 항들의 합(2 + 6 + 18 = 26)입니다. 같은 숫자, 다른 연산.

왜 "기하"라고 부르는가요? 두 항의 기하평균이 그 사이의 항과 같기 때문입니다. 2, 6, 18에서 중간 항 6 = √(2 × 18). 등차에서 중간 항이 평균인 것과 비교하세요.

실생활 예제? 복리 이자(매년 1 + 이율을 곱함), 튀는 공(각 튕김에서 이전 높이의 고정 분수 도달), 방사성 붕괴, 인구 증가. 단계당 일정한 곱셈으로 스케일링되는 모든 것.

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