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第六章 计数原理
数学探究 杨辉三角的性质与应用
精彩三年课程探究与巩固数学选择性必修第三册
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1
如图所示的数字三角形叫做杨辉三角,
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解: 如图,
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2.杨辉三角与数阵(数列)
例2 观察下列三角形数表:
假设第n行的第二个数为an(n≥2,n∈N*).
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(1)依次写出第六行的所有数字;
(2)归纳出an+1与an的关系式并求出an的表达式;
(3)设anbn=1,求证:b2+b3+…+bn<2.
解: (1)第六行的数字分别是6,16,25,25,16,6.
(2)依题意an+1=an+n(n≥2),a2=2,
所以an=a2+(a3-a2)+(a4-a3)+…+(an-an-1)
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3.杨辉三角与斐波那契数列
例3 在杨辉三角中,画出下图所示的一组平行线,从上到下,每条线上的数字之和依次为1,1,2,3,5,8,13,21,…,这就是著名的斐波那契数列.
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A
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4.杨辉三角的应用
例4 如下是某城市的部分街道图,纵横各有五条路,如果从A处走到B处 (只能由北到南,由西向东),那么不同的走法有____________种.
例4题图 例4答图
70
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【解析】 因为每一个路口往前走都有2种方法,如图,每一个路口所标注的数字就是走到这个路口的走法数,这些数字构成杨辉三角数,所以走到B处的走法共有70种.
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1. 观察下列三角形数表,假设第n行的第二个数为an (n≥2,n∈N*),则数列{an}的通项公式为an=_______________.
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3.我们改变杨辉三角的规则,作三项式(1+x+x2)n系数三角,
(1+x+x2)0=1,
(1+x+x2)1=1+x+x2,
(1+x+x2)2=1+2x+3x2+2x3+x4,
(1+x+x2)3=1+3x+6x2+7x3+6x4+3x5+x6,
(1+x+x2)4=1+4x+10x2+16x3+19x4+16x5+10x6+4x7+x8,
……
探究展开式系数的规律,写出(1+x+x2)5的展开式.
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解: 从这些等式可知,在(1+x+x2)n中,
当n=0,1,2,3,4,…时,
展开式的系数如下表:
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观察(1+x+x2)2的展开式可知,系数3等于它顶上的一个数与肩上的两个数之和,系数6,7也具有这样的性质,(1+x+x2)4的展开式系数也具有这样的性质,所以(1+x+x2)5=1+5x+15x2+30x3+45x4+51x5+45x6+30x7+15x8+5x9+x10.
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5.在游乐场,有一种如图所示的弹子游戏,小球向容器内跌落,碰到第一层阻挡物后等可能地从两侧跌落至第二层,碰到第二层阻挡物后再等可能地从两侧跌落至第三层,如此一直下落,最终小球落入底层,根据具体区域获得奖品.试问:为什么两边区域奖品价值高于中间区域的奖品价值?
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解: 弹子通过每一层每个通道的方法数是:
第一层1
第二层1 1
第三层1 2 1
第四层1 3 3 1
⋮
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计算弹子通过各通道的概率,可得“概率三角形”如图:
从“概率三角形”可以看出,弹子跌落在两侧的概率较小,中间区域的概率较大,所以两边区域的奖品价值高于中间区域的奖品价值.
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6.将许多大小相同的球堆成三角垛:底层是每边n个球的等边三角形,向上逐层每边减少1个,顶层是1个.
试根据杨辉三角形猜想出一个n层的三角垛中一共有多少个球.
底边球的个数 1 2 3 4 5 …
三角垛中球的总数 1 4 10 20 35 …
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