Geometrische Folge

Eine geometrische Folge ist eine regelmäßige mathematische Zahlenfolge mit der Eigenschaft, dass das Verhältnis zweier benachbarter Folgenglieder konstant ist.

Mathematische Formulierung

Das i-te Glied a_i einer geometrischen Folge mit dem Anfangsglied a₀ und dem Quotient q berechnet sich aus der Formel

$a_i = a_1 \cdot \,q^{i-1}$ ^[1] (explizite Formel) für $\mathbb{N}^*$

oder

$a_i = a_0 \cdot \,q^{i}$ (explizite Formel) für $\mathbb{N}_0$

Also beispielsweise

$a_5=a_1\;q^4$ bei $\mathbb{N}^*$

Sind a₀ und q positive reelle Zahlen, so ist jedes Glied a_i mit i > 0 das geometrische Mittel seiner Nachbarglieder a_{i − 1} und a_{i + 1}. Diese Tatsache ist der Grund für die Bezeichnung „geometrische Folge“. Die Summe der Folgenglieder ergibt die geometrische Reihe. Die Glieder einer Geometrischen Folge lassen sich auch aus dem jeweils vorhergehenden Glied berechnen, dazu dient die folgende Formel:

$a_{i+1} =a_i \cdot q$ (rekursive Formel)

Das erste Folgeglied wird, wenn mit $\mathbb{N}_0$ gerechnet wird, üblicherweise mit a₀ bezeichnet. Bei $\mathbb{N}^*$ verwendet man hingegen a₁.

Zahlenbeispiele

Beispiel 1

Die Glieder der geometrischen Folge mit dem Anfangsglied a₀ = 5 und dem Quotienten q = 3 sind

$a_0=5,\ a_1=15,\ a_2=45,\ a_3=135,\ \dots$

wenn man die Glieder einfach hintereinander schreibt ergibt sich

$5,\ 15,\ 45,\ 135,\ 405,\ 1215,\ 3645,\ 10935,\ 32805,\ \dots$

Beispiel 2

Die Glieder der geometrischen Folge mit dem Anfangsglied a₀ = 1 und dem Quotienten $q=-\frac{1}{2}$ sind

$a_0=1,\ a_1=-\frac{1}{2},\ a_2=\frac{1}{4},\ a_3=-\frac{1}{8},\ \dots$

wenn man die Glieder einfach hintereinander schreibt ergibt sich

$+1,\ -\frac{1}{2},\ +\frac{1}{4},\ -\frac{1}{8},\ +\frac{1}{16} ,\ -\frac{1}{32},\ +\frac{1}{64},\ -\frac{1}{128},\ +\frac{1}{256},\ \dots$

Anwendungsbeispiele

Die geometrische Folge beschreibt Wachstumsprozesse, bei denen sich die Messgröße zum Zeitpunkt n + 1 aus der Messgröße zum Zeitpunkt n durch Multiplikation mit einem konstanten Faktor q ergibt. Zum Beispiel

Zinseszins

Bei einem Zinssatz von 5 Prozent vermehrt sich das Kapital jedes Jahr um den Faktor 1,05. Es handelt sich also um eine geometrische Folge mit dem Verhältnis q = 1,05. Die Zahl q heißt hier Zinsfaktor. Bei einem Startkapital von 1000 Euro ergibt sich

• nach einem Jahr ein Kapital von

$1000\;\mathrm{Euro} \cdot 1{,}05 = 1050 \;\mathrm{Euro}$

• nach zwei Jahren ein Kapital von

$1000\;\mathrm{Euro} \cdot 1{,}05^2= 1102{,}50 \;\mathrm{Euro}$

• nach drei Jahren ein Kapital

$1000\;\mathrm{Euro} \cdot 1{,}05^3= 1157{,}63 \;\mathrm{Euro}$

und so weiter.

Gleichstufige Stimmung

Es gibt mehrere Arten, wie ein Musikinstrument gestimmt werden kann. Eine davon ist die gleichstufige Stimmung. Bei ihr ist das Frequenzverhältnis zwischen zwei benachbarten Tönen immer konstant. Bei zwölf Tönen in der Oktave lautet die Folge hier:

$f(i) = a_0 \cdot \left(\sqrt[12]{2}\,\right) ^i$,

wobei a₀ beispielsweise die Frequenz des Kammertons, und i die Halbtonschrittentfernung zum Kammerton ist. f(i) ist dann die Frequenz des gesuchten Tones mit Halbtonabstand i zum "Ursprungston" a₀.

Der Wachstumsfaktor ist also $q = \sqrt[12]{2}$.

Siehe auch

• Arithmetische Folge
• Wachstumsfaktor (Mathematik)
• exponentieller Vorgang

Weblinks

• Schülergerechte Erklärungen

Quellenverzeichnis

1. ↑ [1], Folgen und Reihen, abgerufen am 14. März 2010