内容正文:
新高考数学一轮复习
第十章 排列、组合与二项式定理、概率
第二节 二项式定理
一、课标要求
1.能用多项式运算法则和计数原理证明二项式定理.
2.会用二项式定理解决与二项展开式有关的简单问题.
二、 命题规律及备考策略
二项式定理的正用和逆用、二项式系数的性质与各项的和,尤其是二项展开式的通项公式的应用仍是高考考查的热点,题型仍将是选择题与填空题.
三、知识梳理
1.二项式定理
(1)定理:(a+b)n=Can+Can-1b+…+Can-kbk+…+Cbn(n∈N*).
(2)通项:第k+1项为Tk+1=Can-kbk.
(3)二项式系数:二项展开式中各项的二项式系数为:C(k=0,1,2,…,n).
[提醒] 二项式系数与项的系数的区别
二项式系数是指C,C,…,C,它只与各项的项数有关,而与a,b的值无关;而项的系数是指该项中除变量外的常数部分,它不仅与各项的项数有关,而且也与a,b的值有关.
2.二项式系数的性质
性质
性质描述
对称性
与首末两端“等距离”的两个二项式系数相等,即C=C
增减性
二项式系数C
当k≤(n∈N*)时,是递增的
当k≥(n∈N*)时,是递减的
最大值
当n为偶数时,中间的一项取得最大值
当n为奇数时,中间的两项和取得最大值且相等
各二项式
系数和
C+C+C+…+C=2n
C+C+C+…=C+C+C+…=2n-1.
[常用结论]
若二项展开式的通项为Tk+1=g(k)·xh(k)(k=0,1,2,…,n),g(k)≠0,则有以下常见结论:
(1)h(k)=0⇔Tk+1是常数项;
(2)h(k)是非负整数⇔Tk+1是整式项;
(3)h(k)是负整数⇔Tk+1是分式项;
(4)h(k)是整数⇔Tk+1是有理项.
四、课堂考点突破
考点一 通项公式的应用
题型一 形如(a+b)n(n∈N*)的展开式的特定项
[例1] 二项式展开式的常数项为( )
A.-160 B.60 C.120 D.240
[答案] B
[解析] 展开式的通项为:Tk+1==·26-k··,
令6-k=0得k=4,
所以展开式的常数项为×22×=60.
题型二 形如(a+b)m(c+d)n (m,n∈N*)的展开式问题
[例2] (2022·新高考Ⅰ卷)(x+y)8的展开式中x2y6的系数为 .(用数字作答)
[答案] -28
[解析] (x+y)8的展开式中x2y6的系数为=28,x3y5的系数为=56,因此(x+y)8的展开式中x2y6的系数为-=-28.
题型三 形如(a+b+c)n(n∈N*)的展开式问题
[例3] (x2-x+1)10展开式中x3项的系数为( )
A.-210 B.210
C.30 D.-30
[答案] A
[解析] (x2-x+1)10=[x2-(x-1)]10=(x2)10-(x2)9(x-1)+…-x2(x-1)9+(x-1)10,所以含x3项的系数为-+(-)=-210.
变式训练
1.(2024·山东烟台模拟)(1-2)8展开式中x项的系数为( )
A.28 B.-28
C.112 D.-112
答案:C
解析:(1-2)8展开式的通项公式为
=(-2)k=(-2)k.
要求x项的系数,只需=1,解得k=2,
所以x项系数为(-2)2=4×=112.
2.已知(1+x)(n∈N*,n<10)的展开式中没有常数项,则n的最大值是( )
A.6 B.7
C.8 D.9
答案:B
解析:∵(1+x)(n∈N*,n<10)的展开式中没有常数项,∴的展开式中没有x-1项和常数项.∵的展开式的通项为Tr+1=·xn-3r(r=0,1,2,…,n),故n-3r≠0,且n-3r≠-1,即n≠3r,且n≠3r-1,∴n≠3,6,9,且n≠2,5,8,故n的最大值为7.
3.在的展开式中,x2的系数为( )
A.10 B.30
C.45 D.120
答案:C
解析:因为==(1+x)10+(1+x)9+…+,所以x2只出现在(1+x)10的展开式中,所以含x2的项为x2,系数为=45.
考点二 二项式系数的和与各项系数的和的问题
[例4] (1)的展开式的二项式系数之和为256,则展开式中的含x项的系数是( )
A.112 B.-112
C.60 D.-60
(2)若(1-x)9=a0+a1x+a2x2+…+a9x9,则|a1|+|a2|+|a3|+…+|a9|=( )
A.1 B.513
C.512 D.511
(3)已知多项式(x+2)(x-1)4=a0+a1x+a2x2+a3x3+a4x4+a5x5,则a2= ,a1+a2+a3+a4+a5= .
[答案] (1)A (2)D (3)8 -2
[解析] (1)由题意2n=256,n=8.
Tr+1=()8-r=(-2)r,令4-r=1,r=2,
所以含x项的系数是(-2)2=112.
(2)令x=0,得a0=1,令x=-1,得|a1|+|a2|+|a3|+…+|a9|=[1-(-1)]9-1=29-1=511.
(3)由(x+2)(x-1)4=a0+a1x+a2x2+a3x3+a4x4+a5x5,知含x2的项是由x+2中的x和2分别与(x-1)4的展开式中含x和x2的项相乘后再相加得到的,所以a2=(-1)3+2(-1)2=8.
对于(x+2)(x-1)4=a0+a1x+a2x2+a3x3+a4x4+a5x5,
令x=0,得a0=2×(-1)4=2;
令x=1,得a0+a1+a2+a3+a4+a5=0,
所以a1+a2+a3+a4+a5=-2.
变式训练
4.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|+…+|a7|.
解:令x=1,则a0+a1+a2+a3+a4+a5+a6+a7=-1. ①
令x=-1,则a0-a1+a2-a3+a4-a5+a6-a7=37. ②
(1)∵a0==1,∴a1+a2+a3+…+a7=-2.
(2)(①-②)÷2,得a1+a3+a5+a7==-1 094.
(3)(①+②)÷2,
得a0+a2+a4+a6==1 093.
(4)法一:∵在(1-2x)7的展开式中,a0,a2,a4,a6大于零,而a1,a3,a5,a7小于零,∴|a0|+|a1|+|a2|+…+|a7|=(a0+a2+a4+a6)-(a1+a3+a5+a7)=1 093-(-1 094)=2 187.
法二:|a0|+|a1|+|a2|+…+|a7|即为(1+2x)7展开式中各项的系数和,令x=1,则|a0|+|a1|+|a2|+…+|a7|=37=2 187.
考点三 系数与二项式系数的最值问题
[例5] (2021·上海卷)已知(1+x)n的展开式中,唯有x3的系数最大,则(1+x)n的系数和为 .
[答案] 64
[解析] 由题意知,
则
解得5<n<7.又n∈N,
因此n=6.设(1+x)6=a0x6+a1x5+a2x4+…+a5x+a6,
令x=1,则(1+x)6的系数和为a0+a1+a2+…+a6=26=64.
变式训练
5.已知m为正整数,(x+y)2m的展开式的二项式系数的最大值为a,(x+y)2m+1的展开式的二项式系数的最大值为b.若13a=7b,则m=( )
A.5 B.6
C.7 D.8
答案:B
解析:由题意可知,a=,b=.
∵13a=7b,∴13·=7·,即=,解得m=6.
考点一 二项式定理的综合应用
题型一 整除问题、余数问题
[例1] 设a∈Z且0≤a<13.若512 012+a能被13整除,则a=( )
A.0 B.1 C.11 D.12
[答案] D
[解析] 512 012+a=(52-1)2 012+a=×522 012-×522 011+…+×52×(-1)2 011+×(-1)2 012+a,∵×522 012-×522 011+…+×52×(-1)2 011能被13整除且512 012+a能被13整除,∴×(-1)2 012+a=1+a也能被13整除,因此a的值为12.
题型二 近似计算问题
[例2] 0.995的计算结果精确到0.001的近似值是( )
A.0.950 B.0.951
C.0.952 D.0.953
[答案] B
[解析] 0.995=(1-0.01)5=×1-×0.01+×(0.01)2-×(0.01)3+…-×(0.01)5=1-0.05+0.001-0.000 01+…-(0.01)5≈0.951.
变式训练
1.1-90+902-903+…+(-1)k90k+…+9010除以88的余数是( )
A.-1 B.1
C.-87 D.87
答案:B
解析:由题意1-90+902-903+…+(-1)k90k+…+9010=(1-90)10=8910=(1+88)10=+88+882+…+8810=1+88+882+…+8810,所以原式除以88的余数为1.
2.求1.028的近似值(小数点后保留三位小数).
解:1.028=(1+0.02)8=1+×0.02+×0.022+×0.023+…+(0.02)8≈1.172.
五、课后作业
一、单项选择题
1.已知二项式5的展开式中的系数是10,则实数a等于( )
A.-1 B.1 C.-2 D.2
答案 B
解析 二项式5的展开式为C·x5-k·(ax-1)k=ak·C·x5-2k,
令5-2k=-1,解得k=3,
所以a3·C=10a3=10,a=1.
2.若(1+3x)2+(1+2x)3+(1+x)4=a0+a1x+a2x2+a3x3+a4x4,则a0+a1+a2+a3+a4等于( )
A.49 B.56 C.59 D.64
答案 C
解析 令x=1,则a0+a1+a2+a3+a4=(1+3)2+(1+2)3+(1+1)4=59.
3.(x+2y)5(x-3y)的展开式中x3y3的系数为( )
A.-120 B.-40 C.80 D.200
答案 B
解析 (x+2y)5的展开式通项为Tk+1=C·x5-k·(2y)k=C·2k·x5-kyk,
因为(x+2y)5(x-3y)=x(x+2y)5-3y(x+2y)5,
在xTk+1=C·2k·x6-kyk中,令6-k=3可得k=3,
在yTk+1=C·2k·x5-kyk+1中,令5-k=3可得k=2,
因此,展开式中x3y3的系数为C·23-3C·22=-40.
4.已知(2x-1)5=a5x5+a4x4+a3x3+a2x2+a1x+a0,则|a0|+|a1|+…+|a5|等于( )
A.1 B.243 C.121 D.122
答案 B
解析 令x=1,得a5+a4+a3+a2+a1+a0=1,①
令x=-1,得-a5+a4-a3+a2-a1+a0=-243,②
①+②,得2(a4+a2+a0)=-242,
即a4+a2+a0=-121.
①-②,得2(a5+a3+a1)=244,
即a5+a3+a1=122.
所以|a0|+|a1|+…+|a5|=122+121=243.
5.(x+y-2z)5的展开式中,xy2z2的系数是( )
A.120 B.-120 C.60 D.30
答案 A
解析 方法一 由题意知(x+y-2z)5=[(x+y)-2z]5,
展开式的第k+1项为C(x+y)5-k(-2z)k,
令k=2,可得第3项为(-2)2C(x+y)3z2,
(x+y)3的展开式的第m+1项为Cx3-mym,
令m=2,可得第3项为Cxy2,
所以(x+y-2z)5的展开式中,
xy2z2的系数是(-2)2CC=120.
方法二 (x+y-2z)5相当于5个(x+y-2z)相乘,
含xy2z2的项则是其中1个(x+y-2z)中取x,
2个(x+y-2z)中取y,2个(x+y-2z)中取z,
故系数为CCC(-2)2=120.
6.多项式(x2+1)(x+1)(x+2)(x+3)的展开式中x3的系数为( )
A.6 B.8 C.12 D.13
答案 C
解析 原式=x2(x+1)(x+2)(x+3)+(x+1)(x+2)(x+3),
所以展开式中含x3的项包含(x+1)(x+2)(x+3)中x项为1·2·x+2·3·x+1·3·x=11x,
和(x+1)(x+2)(x+3)中x3的项为x3,这两项的系数和为11+1=12.
二、多项选择题
7.已知n的展开式中的第三项的系数为45,则( )
A.n=9
B.展开式中所有项的系数和为1 024
C.二项式系数最大的项为中间项
D.含x3的项是第7项
答案 BCD
解析 n的展开式的第三项为T3=Cn-22==,
所以第三项的系数为C=45,所以n=10,故A错误;
所以二项式为10,
令x=1得展开式中所有项的系数和为210=1 024,故B正确;
展开式中共有11项,则二项式系数最大的项为中间项,故C正确;
通项公式为Tk+1=C10-k()k
==,
令=3,解得k=6,
所以含x3的项是第7项,故D正确.
8.我国南宋数学家杨辉1261年所著的《详解九章算法》就给出著名的杨辉三角,由此可见我国古代数学的成就是非常值得中华民族自豪的.如图所示,由杨辉三角的左腰上的各数出发,引一组平行线,从上往下每条线上各数之和依次为1,1,2,3,5,8,13,….以下关于杨辉三角的猜想中正确的是( )
A.由 “与首末两端等距离的两个二项式系数相等” 猜想 C=C
B.由 “在相邻两行中,除1以外的每个数都等于它肩上的两个数之和”猜想C=C+C
C.第9条斜线上各数之和为55
D.在第n(n≥5)条斜线上,各数从左往右先增大后减小
答案 ABD
解析 根据二项式系数的性质,结合杨辉三角即可得C=C,C=C+C成立,故A,B正确;
第1条斜线上的数为C,第2条斜线上的数为C,
第3条斜线上的数为C,C,第4条斜线上的数为C,C,第5条斜线上的数为C,C,C,第6条斜线上的数为C,C,C,第7条斜线上的数为C,C,C,C,…,
由此,归纳得到,第2n(n∈N*)条斜线上的数依次为C,C,C,…,C,
第(2n+1)(n∈N)条斜线上的数依次为C,C,C,…,C.
所以第9条斜线上各数为C,C,C,C,C,其和为C+C+C+C+C=1+7+15+10+1=34,故C错误;
在第n(n≥5)条斜线上,各数从左往右先增大后减小,故D正确.
三、填空题
9.若展开式n中只有第5项的二项式系数最大,则其展开式中常数项为________.
答案 7
解析 由题意得n=8,所以展开式中第k+1项为Tk+1=C()8-kk=,
令=0,得k=2,
故常数项为C·2=7.
10.若(1+x)6展开式中x2的系数为30,则m=________.
答案 1
解析 (1+x)6展开式通项为Tk+1=Cxk,
则Cxk=mCxk+mCxk-2,
∴mC+mC=30,解得m=1.
11.设(x+1)(2x2-1)5=a0+a1x+a2x2+…+a11x11,则a0+22a2+24a4+…+210a10=________.
答案 75
解析 令x=2,得3×75=a0+2a1+22a2+…+211a11,①
令x=-2,得-75=a0-2a1+22a2-…-211a11,②
由,得a0+22a2+24a4+…+210a10==75.
12.写出一个可以使得992 025+a被100整除的正整数a=________.
答案 1(答案不唯一)
解析 由题意可知992 025+a=(100-1)2 025+a,
将(100-1)2 025利用二项式定理展开得(100-1)2 025=C1002 025×(-1)0+C1002 024×(-1)1+…+C1001×(-1)2 024+C1000×(-1)2 025,
显然C1002 025×(-1)0+C1002 024×(-1)1+…+C1001×(-1)2 024能被100整除,
所以只需C1000(-1)2 025+a=-1+a是100的整数倍即可,
所以-1+a=100n(n∈Z),得a=100n+1(n∈Z),
不妨取n=0,得a=1.
四、解答题
13.已知(+3x2)n的展开式中,各项系数和与它的二项式系数和的比值为32.
(1)求展开式中二项式系数最大的项;
(2)求展开式中系数最大的项.
解 (1)令x=1,得展开式中的各项系数和为(1+3)n=22n,
又展开式中二项式系数和为2n.
所以=32,解得n=5.
因为n=5,所以展开式共有6项,
所以二项式系数最大的项为第三、四两项,
即T3=C()3(3x2)2=90x6,T4=C()2(3x2)3=.
(2)设展开式中第k+1项的系数最大,
Tk+1=C()5-k(3x2)k=,
得
解得≤k≤,
因为k∈N,所以k=4,
即展开式中系数最大的项为T5==.
14.在①只有第5项的二项式系数最大;②第4项与第6项的二项式系数相等;③奇数项的二项式系数的和为128,这三个条件中任选一个,补充在下面的横线上,并解答问题.
已知(2x-1)n=a0+a1x+a2x2+…+anxn(n∈N*),________.
(1)求++…+的值;
(2)求a1+2a2+3a3+…+nan的值.
解 (1)若选①:
因为只有第5项的二项式系数最大,
所以展开式中共有9项,即n+1=9,得n=8.
若选②:
因为第4项与第6项的二项式系数相等,
所以C=C⇒n=8.
若选③:
因为奇数项的二项式系数的和为128,
所以2n-1=128,解得n=8.
所以(2x-1)8=a0+a1x+a2x2+…+a8x8,
令x=,
则有8=a0+++…+,
即有a0+++…+=0,
令x=0,得a0=1,
所以++…+=-a0=-1.
综上所述,++…+=-1.
(2)由(1)可知,n=8,
(2x-1)8=a0+a1x+a2x2+…+a8x8,
两边求导得16(2x-1)7=a1+2a2x+3a3x2+…+8a8x7,
令x=1,
则有16=a1+2a2+3a3+…+8a8,
所以a1+2a2+3a3+…+8a8=16.
第 1 页 共 3 页
学科网(北京)股份有限公司
$$ 新高考数学一轮复习
第十章 排列、组合与二项式定理、概率
第二节 二项式定理
一、课标要求
1.能用多项式运算法则和计数原理证明二项式定理.
2.会用二项式定理解决与二项展开式有关的简单问题.
二、 命题规律及备考策略
二项式定理的正用和逆用、二项式系数的性质与各项的和,尤其是二项展开式的通项公式的应用仍是高考考查的热点,题型仍将是选择题与填空题.
三、知识梳理
1.二项式定理
(1)定理:(a+b)n=Can+Can-1b+…+Can-kbk+…+Cbn(n∈N*).
(2)通项:第k+1项为Tk+1=Can-kbk.
(3)二项式系数:二项展开式中各项的二项式系数为:C(k=0,1,2,…,n).
[提醒] 二项式系数与项的系数的区别
二项式系数是指C,C,…,C,它只与各项的项数有关,而与a,b的值无关;而项的系数是指该项中除变量外的常数部分,它不仅与各项的项数有关,而且也与a,b的值有关.
2.二项式系数的性质
性质
性质描述
对称性
与首末两端“等距离”的两个二项式系数相等,即C=C
增减性
二项式系数C
当k≤(n∈N*)时,是递增的
当k≥(n∈N*)时,是递减的
最大值
当n为偶数时,中间的一项取得最大值
当n为奇数时,中间的两项和取得最大值且相等
各二项式
系数和
C+C+C+…+C=2n
C+C+C+…=C+C+C+…=2n-1.
[常用结论]
若二项展开式的通项为Tk+1=g(k)·xh(k)(k=0,1,2,…,n),g(k)≠0,则有以下常见结论:
(1)h(k)=0⇔Tk+1是常数项;
(2)h(k)是非负整数⇔Tk+1是整式项;
(3)h(k)是负整数⇔Tk+1是分式项;
(4)h(k)是整数⇔Tk+1是有理项.
四、课堂考点突破
考点一 通项公式的应用
题型一 形如(a+b)n(n∈N*)的展开式的特定项
[例1] 二项式展开式的常数项为( )
A.-160 B.60 C.120 D.240
题型二 形如(a+b)m(c+d)n (m,n∈N*)的展开式问题
[例2] (2022·新高考Ⅰ卷)(x+y)8的展开式中x2y6的系数为 .(用数字作答)
题型三 形如(a+b+c)n(n∈N*)的展开式问题
[例3] (x2-x+1)10展开式中x3项的系数为( )
A.-210 B.210
C.30 D.-30
变式训练
1.(2024·山东烟台模拟)(1-2)8展开式中x项的系数为( )
A.28 B.-28 C.112 D.-112
2.已知(1+x)(n∈N*,n<10)的展开式中没有常数项,则n的最大值是( )
A.6 B.7 C.8 D.9
3.在的展开式中,x2的系数为( )
A.10 B.30
C.45 D.120
考点二 二项式系数的和与各项系数的和的问题
[例4] (1)的展开式的二项式系数之和为256,则展开式中的含x项的系数是( )
A.112 B.-112
C.60 D.-60
(2)若(1-x)9=a0+a1x+a2x2+…+a9x9,则|a1|+|a2|+|a3|+…+|a9|=( )
A.1 B.513
C.512 D.511
(3)已知多项式(x+2)(x-1)4=a0+a1x+a2x2+a3x3+a4x4+a5x5,则a2= ,a1+a2+a3+a4+a5= .
变式训练
4.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|+…+|a7|.
考点三 系数与二项式系数的最值问题
[例5] (2021·上海卷)已知(1+x)n的展开式中,唯有x3的系数最大,则(1+x)n的系数和为 .
变式训练
5.已知m为正整数,(x+y)2m的展开式的二项式系数的最大值为a,(x+y)2m+1的展开式的二项式系数的最大值为b.若13a=7b,则m=( )
A.5 B.6 C.7 D.8
考点一 二项式定理的综合应用
题型一 整除问题、余数问题
[例1] 设a∈Z且0≤a<13.若512 012+a能被13整除,则a=( )
A.0 B.1 C.11 D.12
题型二 近似计算问题
[例2] 0.995的计算结果精确到0.001的近似值是( )
A.0.950 B.0.951
C.0.952 D.0.953
变式训练
1.1-90+902-903+…+(-1)k90k+…+9010除以88的余数是( )
A.-1 B.1
C.-87 D.87
2.求1.028的近似值(小数点后保留三位小数).
五、课后作业
一、单项选择题
1.已知二项式5的展开式中的系数是10,则实数a等于( )
A.-1 B.1 C.-2 D.2
2.若(1+3x)2+(1+2x)3+(1+x)4=a0+a1x+a2x2+a3x3+a4x4,则a0+a1+a2+a3+a4等于( )
A.49 B.56 C.59 D.64
3.(x+2y)5(x-3y)的展开式中x3y3的系数为( )
A.-120 B.-40 C.80 D.200
4.已知(2x-1)5=a5x5+a4x4+a3x3+a2x2+a1x+a0,则|a0|+|a1|+…+|a5|等于( )
A.1 B.243 C.121 D.122
5.(x+y-2z)5的展开式中,xy2z2的系数是( )
A.120 B.-120 C.60 D.30
6.多项式(x2+1)(x+1)(x+2)(x+3)的展开式中x3的系数为( )
A.6 B.8 C.12 D.13
二、多项选择题
7.已知n的展开式中的第三项的系数为45,则( )
A.n=9
B.展开式中所有项的系数和为1 024
C.二项式系数最大的项为中间项
D.含x3的项是第7项
8.我国南宋数学家杨辉1261年所著的《详解九章算法》就给出著名的杨辉三角,由此可见我国古代数学的成就是非常值得中华民族自豪的.如图所示,由杨辉三角的左腰上的各数出发,引一组平行线,从上往下每条线上各数之和依次为1,1,2,3,5,8,13,….以下关于杨辉三角的猜想中正确的是( )
A.由 “与首末两端等距离的两个二项式系数相等” 猜想 C=C
B.由 “在相邻两行中,除1以外的每个数都等于它肩上的两个数之和”猜想C=C+C
C.第9条斜线上各数之和为55
D.在第n(n≥5)条斜线上,各数从左往右先增大后减小
三、填空题
9.若展开式n中只有第5项的二项式系数最大,则其展开式中常数项为________.
10.若(1+x)6展开式中x2的系数为30,则m=________.
11.设(x+1)(2x2-1)5=a0+a1x+a2x2+…+a11x11,则a0+22a2+24a4+…+210a10=________.
12.写出一个可以使得992 025+a被100整除的正整数a=________.
四、解答题
13.已知(+3x2)n的展开式中,各项系数和与它的二项式系数和的比值为32.
(1)求展开式中二项式系数最大的项;
(2)求展开式中系数最大的项.
14.在①只有第5项的二项式系数最大;②第4项与第6项的二项式系数相等;③奇数项的二项式系数的和为128,这三个条件中任选一个,补充在下面的横线上,并解答问题.
已知(2x-1)n=a0+a1x+a2x2+…+anxn(n∈N*),________.
(1)求++…+的值;
(2)求a1+2a2+3a3+…+nan的值.
第 1 页 共 3 页
学科网(北京)股份有限公司
$$