内容正文:
第3节 二项式定理
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.
[对应学生用书P89]
一、二项式定理
二项式定理
(a+b)n=Can+Can-1b1+…+Can-kbk+…+Cbn,n∈N*
通项公式
Tk+1=Can-kbk,它表示第k+1项
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)
(a+b)n的展开式形式上的特点
(1)项数为n+1;
(2)各项的次数和都等于二项式的幂指数n,即a与b的指数的和为n;
(3)字母a按降幂排列,从第一项开始,次数由n逐项减1直至0;字母b按升幂排列,从第一项起,次数由0逐项加1直至n;
(4)二项式系数从C,C,一直到C,C.
二、二项式系数的性质
1.两个常用的二项展开式:
(1)(a-b)n=Can-Can-1b+…+(-1)r·Can-rbr+…+(-1)nCbn;
(2)(1+x)n=1+Cx+Cx2+…+Cxr+…+Cxn.
2.若f(x)=anxn+an-1xn-1+an-2xn-2+…+a1x+a0,则
(1)常数项:令x=0,得a0=f(0).
(2)各项系数和:令x=1,得f(1)=a0+a1+a2+…+an-1+an.
一、“教考衔接”例证
高考
真题
(2022·新高考Ⅰ卷)(1-)(x+y)8的展开式中x2y6的系数为________(用数字作答)
追根
溯源
(人教A版选择性必修第三册P34习题6.3T2)(x+y)(x-y)5的展开式中x3y3的系数是________
发现
感悟
处理二项展开式中特定项问题的关键是分析展开式的规律,应从多项式概念的要素出发:项、次数、项数,其中最关键的是各项的系数
二、教材典题改编
1.(人教A版选择性必修第三册P31T4改编)(2x-1)10的展开式的第6项的系数是( )
A.26C B.-24C
C.25C D.-25C
答案:D
2.(人教A版选择性必修第三册P30例1改编)已知(1-2x)7=a0+a1x+a2x2+…+a7x7,则a1+a2+a3+…+a7=________.
答案:-2
三、易误易混澄清
1.(忽视赋值法的应用)若(x-1)4=a0+a1x+a2x2+a3x3+a4x4,则a0+a2+a4的值为( )
A.9 B.8
C.7 D.6
答案:B
2.(混淆二项式最大的项和二项式系数最大的项)(2x-1)6的展开式中,二项式系数最大的项的系数是________(用数字作答).
答案:-160 解析:(2x-1)6的展开式中,二项式系数最大的项是第四项,系数是C23×(-1)3=-160.
[对应学生用书P90]
考点一 通项公式的应用
考向1 求二项展开式的特定项
[例1] (1)(2024·北京卷)在(x-)4的展开式中,x3的系数为( )
A.6 B.-6
C.12 D.-12
(2)(2025·丰台模拟)已知(ax-)6的展开式中,常数项为60,则a的值为( )
A.2 B.2,-2
C.3 D.3,-3
(1)A (2)B 解析:(1)(x-)4的二项展开式为Tr+1=Cx4-r(-)r=C(-1)rx4-(r=0,1,2,3,4).令4-=3,解得r=2,故所求即为C(-1)2=6.
(2)(ax-)6展开式的通项为Tk+1=C(ax)6-k·(-)k=.令6-=0,可得k=4.因此,展开式中的常数项为T5=C(-1)4a2=60,则a2=4,a=±2.
考向2 两个二项式之积
[例2] (2025·河南名校联考)(1+)(x+2y)6的展开式中x2y4的系数为________.
答案:432 解析:将(1+)(x+2y)6整理得(1+xy-1)·(x+2y)6,展开式中含x2y4的项为C·(xy-1)·x·(2y)5+Cx2·(2y)4=432x2y4,系数为432.
考向3 三项展开式问题
[例3] (x2+x+y)5的展开式中,x5y2的系数为________.
答案:30 解析:方法一 (x2+x+y)5=[(x2+x)+y]5,含y2的项为T3=C(x2+x)3·y2.其中(x2+x)3中含x5的项为Cx4·x=Cx5.所以x5y2的系数为CC=30.
方法二 (x2+x+y)5表示5个因式(x2+x+y)之积.所以x5y2可从两个因式中取x2,剩余的3个因式中1个取x,其余两个因式取y,因此x5y2的系数为CCC=30.
1.求二项展开式中的特定项,一般是化简通项后,令字母的指数符合要求(求常数项时,指数为零;求有理项时,指数为整数等),解出项数k+1,代回通项即可.
2.对于几个多项式积的展开式中的特定项问题,一般都可以根据因式连乘的规律,结合组合思想求解,但要注意适当地运用分类方法,以免重复或遗漏;也可利用排列组合的知识求解.
3.对于三项式问题,一般先变形化为二项式再解决,或利用展开式的原理求解.
训练1 (1)(多选)已知(x2-)n的展开式中第3项与第5项的系数之比为3∶14,则下列结论成立的是( )
A.n=10
B.展开式中的常数项为45
C.含x5的项的系数为210
D.展开式中的有理项有5项
ABC 解析:二项展开式的通项为Tk+1=Cx2n-2k·(-1)kx-=,由于第3项与第5项的系数之比为3∶14,则=,故=,得n2-5n-50=0,解得n=10(负值舍去),故A正确;
则,令20-=0,解得k=8,则展开式中的常数项为(-1)8C=45,故B正确;令20-=5,解得k=6,则含x5的项的系数为(-1)6C=210,故C正确;令20-∈Z,则k为偶数,此时k=0,2,4,6,8,10,故有6项有理项,故D错误.
(2)(2025·德宏模拟)(2x+1)(x-)5的展开式中x2项的系数为( )
A.10 B.20 C.-10 D.-20
B 解析:因为(2x+1)(x-)5=2x(x-)5+(x-)5,且(x-)5的展开式的通项为Tr+1=C·x5-r·(-)r=(-1)rC·x5-2r,r=0,1,2,3,4,5.令5-2r=1,解得r=2,可得T3=(-1)2C·x=10x;令5-2r=2,解得r=∉Z,不符合题意,所以x2项的系数为2×10=20.
(3)(x2+x+1)(x-1)4的展开式中,x3的系数为________.
答案:-2 解析:(x-1)4的展开式的通项为Tk+1=Cx4-k·(-1)k,(x2+x+1)(x-1)4的展开式中,x3的系数为C(-1)3+C(-1)2+C(-1)=-2.
考点二 二项式系数与各项的系数问题
考向1 二项式系数和与系数和
[例4] (1)在(3x-)n的展开式中,各项系数和与二项式系数和之和为128,则( )
A.二项式系数和为32
B.各项系数和为128
C.常数项为-135
D.常数项为135
(2)(2024·南昌调研)若(1+x)10=a0+a1x+a2x2+…+a10x10,则a2+a6+a8=______;a1+2a2+3a3+…+10a10=______.
答案:(1)D (2)300 5 120 解析:(1)令x=1,得各项系数和为2n,又二项式系数和为2n,则2×2n=128,得n=6,即二项式系数和为64,各项系数和也为64,故A,B不正确;
(3x-)6的展开式的通项为Tk+1=C·(3x)6-k·()k=.令6-k=0,得k=4.因此展开式中的常数项为T5=C·(-1)4·32=135,故C不正确,D正确.
(2)①由已知得(1+x)10展开式的通项为Tk+1=Cxk,所以展开式中每一项的系数即为其二项式系数.
故a2+a6+a8=C+C+C=300.
②对原式两边求导得,10(1+x)9=a1+2a2x+3a3x2+…+10a10x9.
令x=1,得a1+2a2+3a3+…+10a10=10×29=5 120.
赋值法求系数和的应用技巧
“赋值法”普遍适用于恒等式,对形如(ax+b)n,(ax2+bx+c)m(a,b∈R)的式子,求其展开式的各项系数之和,常用赋值法,只需令x=1即可;对形如(ax+by)n(a,b∈R)的式子,求其展开式的各项系数之和,只需令x=y=1即可.
训练2 (多选)(2025·邵阳模拟)设(3x-2)(1+x)6=a0+a1x+a2x2+a3x3+…+a7x7,则下列结论正确的是( )
A.a0=-2
B.a3=85
C.a1+a3+a5+a7=32
D.a0+2a1+22a2+23a3+…+27a7=2 916
ACD 解析:(1+x)6的展开式的通项为Tk+1=Cxk(k=0,1,2,…,6),a0=-2×C=-2,故选项A正确;因为T4=20x3,T3=15x2,而(3x-2)(1+x)6的展开式中x3项的系数为3×C+(-2)×C=45-40=5,故选项B错误;令x=1,得a0+a1+a2+…+a7=(3×1-2)(1+1)6=64,令x=-1,得a0-a1+a2-…-a7=0,两式相减得2(a1+a3+a5+a7)=64,即a1+a3+a5+a7=32,故选项C正确;令x=2,得a0+2a1+22a2+23a3+…+27a7=(3×2-2)(1+2)6=2 916,故选项D正确.
考向2 系数与二项式系数的最值
[例5] (2024·全国甲卷)(+x)10的展开式中,各项系数的最大值为________.
答案:5 解析:(+x)10的展开式的通项为Tr+1=C()10-rxr,0≤r≤10且r∈Z,设展开式中第r+1项系数最大,则⇒即≤r≤.又r∈Z,故r=8,所以展开式中系数最大的项是第9项,且该项系数为C()2=5.
1.二项式系数最大项的确定方法
当n为偶数时,展开式中第+1项的二项式系数最大,最大值为Cn;当n为奇数时,展开式中第项和第项的二项式系数最大,最大值为Cn或Cn.
2.求展开式系数最大项的方法
求如(a+bx)n(a,b∈R)的展开式系数最大的项,一般是采用待定系数法,设展开式各项系数分别为A1,A2,…,An+1,且第k项系数最大,应用从而解出k来即可.
训练3 (1)(多选)(2024·梅州模拟)关于(a-b)11的说法,正确的是( )
A.展开式中的二项式系数之和为2 048
B.展开式中只有第6项的二项式系数最大
C.展开式中第6项和第7项的二项式系数最大
D.展开式中第6项的系数最小
ACD 解析:由二项式系数的性质知,(a-b)11的二项式系数之和为211=2 048,故选项A正确;因为(a-b)11的展开式共有12项,中间两项的二项式系数最大,即第6项和第7项的二项式系数最大,故选项B错误,选项C正确;因为展开式中第6项的系数是负数,且绝对值最大,所以展开式中第6项的系数最小,故选项D正确.
(2)已知(+x2)2n的展开式的二项式系数和比(3x-1)n的展开式的二项式系数和大992,则(2x+)2n的展开式系数最大的项为________.
答案:15 360x4 解析:由题意可得22n-2n=992,解得n=5.设第k+1项的系数最大.∵Tk+1=C(2x)10-k=C210-kx10-2k,
∴得即解得≤k≤.∵k∈Z,∴k=3,故系数最大的项是第4项,第4项为T4=C27x4=15 360x4.
[课时训练(28)见P218]
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