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二項式定理
【學習目標】
1.理解并掌握二項式定理,了解用計數(shù)原理證明二項式定理的方法.
2.會用二項式定理解決與二項展開式有關(guān)的簡單問題.
【要點梳理】
要點一:二項式定理
1.定義
一般地,對于任意正整數(shù),都有:
(),
這個公式所表示的定理叫做二項式定理, 等號右邊的多項式叫做的二項展開式。
式中的做二項展開式的通項,用Tr+1表示,即通項為展開式的第r+1項:,
其中的系數(shù)(r=0,1,2,…,n)叫做二項式系數(shù),
2.二項式(a+b)n的展開式的特點:
(1)項數(shù):共有n+1項,比二項式的次數(shù)大1;
2、
(2)二項式系數(shù):第r+1項的二項式系數(shù)為,最大二項式系數(shù)項居中;
(3)次數(shù):各項的次數(shù)都等于二項式的冪指數(shù)n.字母a降冪排列,次數(shù)由n到0;字母b升冪排列,次數(shù)從0到n,每一項中,a,b次數(shù)和均為n;
3.兩個常用的二項展開式:
①()
②
要點二、二項展開式的通項公式
二項展開式的通項:
()
公式特點:
①它表示二項展開式的第r+1項,該項的二項式系數(shù)是;
②字母b的次數(shù)和組合數(shù)的上標相同;
③a與b的次數(shù)之和為n。
要點詮釋:
(1)二項式(a+b)n的二項展開式的第r+1項和(b+a)n的二項展開式的第r+1項是有區(qū)別的,應(yīng)用二項式定理時,其
3、中的a和b是不能隨便交換位置的.
(2)通項是針對在(a+b)n這個標準形式下而言的,如(a-b)n的二項展開式的通項是(只需把-b看成b代入二項式定理)。
要點三:二項式系數(shù)及其性質(zhì)
1.楊輝三角和二項展開式的推導(dǎo)。
2 / 25
在我國南宋,數(shù)學家楊輝于1261年所著的《詳解九章算法》如下表,可直觀地看出二項式系數(shù)。
展開式中的二項式系數(shù),當依次取1,2,3,…時,如下表所示:
………………………………………1 1
……………………………………1 2 1
…………………………………1 3 3 1
………………………………1 4
4、 6 4 1
……………………………1 5 10 10 5 1
…………………………1 6 15 20 15 6 1
…… …… ……
上表叫做二項式系數(shù)的表, 也稱楊輝三角(在歐洲,這個表叫做帕斯卡三角),反映了二項式系數(shù)的性質(zhì)。表中每行兩端都是1,而且除1以外的每一個數(shù)都等于它肩上的兩個數(shù)的和。
用組合的思想方法理解(a+b)n的展開式中的系數(shù)的意義:為了得到(a+b)n展開式中的系數(shù),可以考慮在這n個括號中取r個b,則這種取法種數(shù)為,即為的系數(shù).
2
5、.的展開式中各項的二項式系數(shù)、、…具有如下性質(zhì):
①對稱性:二項展開式中,與首末兩端“等距離”的兩項的二項式系數(shù)相等,即;
②增減性與最大值:二項式系數(shù)在前半部分逐漸增大,在后半部分逐漸減小,在中間取得最大值.其中,當n為偶數(shù)時,二項展開式中間一項的二項式系數(shù)最大;當n為奇數(shù)時,二項展開式中間兩項的二項式系數(shù),相等,且最大.
③各二項式系數(shù)之和為,即;
④二項展開式中各奇數(shù)項的二項式系數(shù)之和等于各偶數(shù)項的二項式系數(shù)之和,
即。
要點詮釋:
二項式系數(shù)與展開式的系數(shù)的區(qū)別
二項展開式中,第r+1項的二項式系數(shù)是組合數(shù),展開式的系數(shù)是單項式的系數(shù),二者不一定相等。
如(a-b)n
6、的二項展開式的通項是,在這里對應(yīng)項的二項式系數(shù)都是,但項的系數(shù)是,可以看出,二項式系數(shù)與項的系數(shù)是不同的概念.
3.展開式中的系數(shù)求法(的整數(shù)且)
如:展開式中含的系數(shù)為
要點詮釋:
三項或三項以上的展開式問題,把某兩項結(jié)合為一項,利用二項式定理解決。
要點四:二項式定理的應(yīng)用
1.求展開式中的指定的項或特定項(或其系數(shù)).
2.利用賦值法進行求有關(guān)系數(shù)和。
二項式定理表示一個恒等式,對于任意的a,b,該等式都成立。
利用賦值法(即通過對a、b取不同的特殊值)可解決與二項式系數(shù)有關(guān)的問題,注意取值要有利于問題的解決,可以取一個值或幾個值,也可以取幾組值,解決問題時要避
7、免漏項等情況。
設(shè)
(1) 令x=0,則
(2)令x=1,則
(3)令x=-1,則
(4)
(5)
3.利用二項式定理證明整除問題及余數(shù)的求法:
如:求證:能被64整除()
4.證明有關(guān)的不等式問題:
有些不等式,可應(yīng)用二項式定理,結(jié)合放縮法證明,即把二項展開式中的某些正項適當刪去(縮小),或把某些負項刪去(放大),使等式轉(zhuǎn)化為不等式,然后再根據(jù)不等式的傳遞性進行證明。①;②;()
如:求證:
5.進行近似計算:
求數(shù)的次冪的近似值時,把底數(shù)化為最靠近它的那個整數(shù)加一個小數(shù)(或減一個小數(shù))的形式。
當充分小時,我們常用下列公式估計近似值:
①;②;
如:求的近似
8、值,使結(jié)果精確到0.01;
【典型例題】
類型一、求二項展開式的特定項或特定項的系數(shù)
例1. 求的二項式的展開式.
【思路點撥】 按照二項式的展開式或按通項依次寫出每一項,但要注意符號.
【解析】
(1)解法一:
解法二:
。
【總結(jié)升華】 記準、記熟二項式(a+b)n的展開式,是解答好與二項式定理有關(guān)問題的前提條件,對較復(fù)雜的二項式,有時先化簡再展開會更簡捷.
舉一反三:
【變式】求的二項式的展開式.
【答案】先將原式化簡。再展開.
例2.試求:
(1)(x3-)5的展開式中x5的系數(shù);
(2)(2x2-)6的展
9、開式中的常數(shù)項;
【思路點撥】先根據(jù)已知條件求出二項式的指數(shù)n,然后再求展開式中含x的項.因為題中條件和求解部分都涉及指定項問題,故選用通項公式.
【解析】(1)Tr+1=
依題意15-5r=5,解得r=2
故(-2)2=40為所求x5的系數(shù)
(2)Tr+1=(2x2)6-r=(-1)r26-r
依題意12-3r=0,解得r=4
故22=60為所求的常數(shù)項.
【總結(jié)升華】
1.利用通項公式求給定項時避免出錯的關(guān)鍵是弄清共有多少項,所求的是第幾項,相應(yīng)的是多少;
2. 注意系數(shù)與二項式系數(shù)的區(qū)別;
3. 在求解過程中要注意冪的運算公式的準確應(yīng)用。
舉一反三:
【變式
10、1】求的展開式中的二項式系數(shù)及的系數(shù).
【答案】,;
通項,
∵,∴,
故展開式中的二項式系數(shù)為,
的系數(shù)為.
【變式2】求的展開式中的第4項.
【答案】;
。
【變式3】(1)求的展開式常數(shù)項; (2)求的展開式的中間兩項
【答案】∵,
∴(1)當時展開式是常數(shù)項,即常數(shù)項為;
(2)的展開式共項,它的中間兩項分別是第項、第項,
,
例3. 求二項式的展開式中的有理項.
【思路點撥】 展開式中第r+1項為,展開式中的有理項,就是通項中x的指數(shù)為正整數(shù)的項.
【解析】 設(shè)二項式的通項為,
令,即r=0,2,4,6,8時,。
∴,
,
,
,
11、
。
∴二項式的展開式中的常數(shù)項是第9項:;有理項是第1項:x20,第3項:,第5項:,第7項:,第9項:.
【總結(jié)升華】 求有理項是對x的指數(shù)是整數(shù)情況的討論,要考慮到一些指數(shù)或組合數(shù)的序號的要求.
舉一反三:
【變式】如果在 的展開式中,前三項的系數(shù)成等差數(shù)列,求展開式中的有理項。
【答案】(1)展開式中前三項的系數(shù)分別為1, ,,
由題意得:2=1+得=8。
設(shè)第r+1項為有理項,,則r是4的倍數(shù),所以r=0,4,8。
有理項為。
類型二、 二項式之積及三項式展開問題
例4.求的展開式中的系數(shù).
【思路點撥】 將變形為,要使兩個因式的乘積中出現(xiàn),根據(jù)式
12、子的結(jié)構(gòu)可以分類討論:當前一個因式為1時,后面的應(yīng)該為
;當前一個因式為時,后面的應(yīng)該為;當前一個因式為時,后面的應(yīng)該為;也可以利用通項公式化簡解答。
【解析】
解法一:
,
的通項公式(),
分三類討論:
(1)當前一個因式為1時,后面的應(yīng)該為,即;
(2)當前一個因式為時,后面的應(yīng)該為,即;
(3)當前一個因式為時,后面的應(yīng)該為,即;
故展開式中的系數(shù)為。
解法二:
的通項公式(),
的通項公式,(),
令,則或或,
從而的系數(shù)為。
舉一反三:
【變式1】求的展開式中的系數(shù).
【答案】;
的通項公式(),
分二類討論:
(1)當前一個因式為1
13、時,后面的應(yīng)該為,即;
(2)當前一個因式為時,后面的應(yīng)該為,即;
故展開式中的系數(shù)為。
【變式2】在(1+x)5(1-x)4的展開式中,x3的系數(shù)為________.
【答案】 (1+x)5(1-x)4=(1+x)(1-x2)4,其中(1-x2)4展開的通項為(-x2)r,
故展開式中x3的系數(shù)為=-4.
例5. 求(1+x+x2)8展開式中x5的系數(shù).
【思路點撥】要把上式展開,必須先把三項中的某兩項結(jié)合起來,看成一項,才可以用二項式定理展開,然后再用一次二項式定理,,也可以先把三項式分解成兩個二項式的積,再用二項式定理展開
【解析】
解法一:(1+x+x2)8=[
14、1+(x+x2)]8,所以,則x5的系數(shù)由(x+x2)r來決定,,令r+k=5,解得或或。
含x5的系數(shù)為。
解法二:
,
則展開式中含x5的系數(shù)為。
解法三:(1+x+x2)8=(1+x+x2)(1+x+x2)…(1+x+x2)(共8個),這8個因式中乘積展開式中形成x5的來源有三:
(1)有2個括號各出1個x2,其余6個括號恰有1個括號出1個x,這種方式共有種;
(2)有1個括號出1個x2,其余7個括號中恰有3個括號各出1個x,共有種;
(3)沒有1個括號出x2,恰有5個括號各給出1個x,共有種.所以x5的系數(shù)是
.
【總結(jié)升華】
15、 高考題中,常出現(xiàn)三項式展開或兩個二項式乘積的展開問題,所用解法一般為二項式定理展開,或?qū)⑷検睫D(zhuǎn)化為二項式.
舉一反三:
【變式1】的展開式中的常數(shù)項.
【答案】∵ = ∴ 所求展開式中的常數(shù)項是-=-20
【變式2】在(1+x+px2)10的展開式中,試求使x4的系數(shù)為最小值時p的值.
【答案】由通項,
又(1+px)r的通項為。
∴。
而m+r=4,且0≤m≤r≤10。
∴,或,或。
∴x4的系數(shù)為
。
∴僅當p=-4時,x4的系數(shù)為最小。
類型三:有關(guān)二項式系數(shù)的性質(zhì)及計算的問題
例6. (1)求(1+2x)7展開式中系數(shù)最大的項;
(2)求(1-2
16、x)7展開式中系數(shù)最大的項。
【思路點撥】 利用展開式的通項,得到系數(shù)的表達式,進而求出其最大值。
【解析】 (1)設(shè)第r+1項系數(shù)最大,則有
即,
解得,即,∴r=5。
∴系數(shù)最大的項為。
(2)展開式共有8項,系數(shù)最大的項必為正項,即在第一、三、五、七這四項中取得。又因(1-2x)7括號內(nèi)的兩項中后項系數(shù)絕對值大于前項系數(shù)絕對值,故系數(shù)最大的項必在中間或偏右,故只需要比較T5和T7兩項系數(shù)大小即可,
,
所以系數(shù)最大的項是第五項,。
【總結(jié)升華】求展開式中系數(shù)最大的項,一般是解一個不等式組。
舉一反三:
【變式】設(shè)展開式的第10項系數(shù)最大,求n.
【
17、答案】展開式的通項為
∴
∵第10項系數(shù)最大,
又∵
∴n=13或n=14
【變式2】 已知的展開式中第五、六、七項的二項式系數(shù)成等差數(shù)列,求展開式中二項式系數(shù)最大的項。
【答案】 因為,所以。
即n2-21n+98=0,解得n=14或7。
當n=14時,第8項的二項式系數(shù)最大,。
當n=7時,第4項與第5項的二項式系數(shù)最大,
,。
類型四、利用賦值法進行求有關(guān)系數(shù)和。
例7. 已知(1―2x)7=a0+a1x+a2x2+…+a7x7,求:
(1)a1+a2+…+a7;(2)a1+a3+a5+a7;(3)a0+a2+a4+a6;(4)|a0|+|a1|+|a2|
18、+…+|a7|。
【思路點撥】求展開式的各項系數(shù)之和常用賦值法
【解析】 令x=1,則a0+a1+a2+a3+a4+a5+a6+a7=―1 ①,
令x=―1,則a0―a1+a2―a3+a4―a5+a6―a7=37 ②,
(1)因為a0=(或令x=9,得a0=1),所以a1+a2+a3+…+a7=―2。
(2)由(①―②)2得。
(3)由(①+②)2得。
(4)方法一:因為(1―2x)7展開式中,a0,a2,a4,a6大于零,而a1,a3,a5,a7小于零,
所以|a0|+|a1|+|a2|+…+|a7|=(a0+a2+a4+a6)―(a1+a3+a5+a7)=1093―(
19、―1094)=2187。
方法二:|a0|+|a1|+|a2|+…+|a7|,即(1+2x)7展開式中各項的系數(shù)和,所以|a0|+|a1|+…+|a7|=37=2187。
【總結(jié)升華】 求展開式的各項系數(shù)之和常用賦值法。
“賦值法”是解決二項式系數(shù)常用的方法,根據(jù)題目要求,靈活賦給字母不同的值。一般地,要使展開式中項的關(guān)系變?yōu)橄禂?shù)的關(guān)系,令x=0可得常數(shù)項,令x=1可得所有項系數(shù)之和,令x=
―1可得偶次項系數(shù)之和與奇次數(shù)系數(shù)之和的差,而當二項展開式中含負值時,令x=―1則可得各項系數(shù)絕對值之和。
舉一反三:
【變式1】已知,求:
(1); (2); (3).
【答
20、案】(1)當時,,展開式右邊為
∴,
當時,,∴,
(2)令, ①
令, ②
①② 得:,∴ .
(3)由展開式知:均為負,均為正,
∴由(2)中①+② 得:,
∴ ,
∴
舉一反三:
【變式1】求值:.
【答案】
【變式2】設(shè),
當時,求的值
【答案】令得:
,
∴,
類型四、 二項式定理的綜合運用
例8.求證:()能被64整除.
【思路點撥】可將化成再進行展開,化簡即可證得.
【解析】∵
∴
故()能被64整除。
【總結(jié)升華】利用二項式定理進行證明,需要多項式展開后的各項盡量多的含有的式子.
舉
21、一反三:
【變式1】求證能被10整除
【答案】∵
∴
故能被10整除。
例9:當且>1,求證
【解析】
從而
【總結(jié)升華】 用二項式定理證明不等式時,根據(jù)n的最小值,確定展開的最少項,然后分析具體情況確定其中有多少項即可.
舉一反三:
【變式】求證:,其中,,。
【答案】
∵,∴,
∴。
例10. 求的近似值,使誤差小于0.001.
【思路點撥】因為,所以可以用二項式定理來計算.
【解析】,
∵.
即第3項以后的項的絕對值都小于0.001,
∴從第3項起,以后的項可以忽略不計,
即.
【總結(jié)升華】由知,當x的絕對值與1相比很小且n足夠大時,,,…,等項的絕對值就會更小,因此在精確度允許的范圍之內(nèi)可以忽略不計.因此可以使用近似計算公式.在使用這個公式時,要注意按問題對精確度的要求,來確定對展開式中各項的取舍.
舉一反三:
【變式】0.9915精確到0.01的近似值是
【答案】0.9915=(1-0.009)5=
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