内容正文:
第六章 计数原理
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选择性必修第三册 数学
6.3 二项式定理
6.3.2 二项式系数的性质
第六章 计数原理
选择性必修第三册 数学
目录
contents
Part
01
课 前 预 习
课 堂 互 动
Part
02
课时作业(八)
Part
03
第六章 计数原理
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课 前 预 习
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等距离
二项式系数
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2n
2n
偶数
2n-1
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课时作业(八)
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第六章 计数原理
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学习目标
素养要求
1.能记住二项式系数的性质,并能解决相关问题;
2.会用“赋值法”求展开式系数的和.
1.通过对二项式系数性质的学习,培养数学抽象的核心素养;
2.通过利用二项式系数的性质解决相关问题,提升数学运算、逻辑推理的核心素养.
[自主梳理]
知识点 二项式系数的性质
[问题] (a+b)n的展开式的二次项系数,当n取正整数时可以表示成如下形式:
(3)二项式系数的最大值有何规律?
答:n=2,4,6时,中间一项最大;n=3,5时,中间两项最大.
(1)从上面的表示形式可以直观地看出什么规律?
答:在同一行中,每行两端都是1,与这两个1等距离的项的系数相等;在相邻的两行中,除1以外的每一个数都等于它“肩上”两个数的和.
(2)计算每一行的系数和,你又能看出什么规律?
答:2,4,8,16,32,64,…,其系数和为2n.
►知识填空 二项式系数的性质
性质
内容
对称性
C eq \o\al(m,n) =C eq \o\al(n-m,n) ,即二项展开式中,与首末两端“__________”的两项的______________相等
增减性与
最大值
当二项式的幂指数n是偶数时,中间的一项______取得最大值
当n为奇数时,中间的两项_______与_______相等,且同时取得最大值
各二项式
系数的和
二项展开式中各二项式系数的和等于_____,即C eq \o\al(0,n) +C1n+C eq \o\al(2,n) +…+C eq \o\al(n,n) =______
奇数项的二项式系数之和等于________项的二项式系数之和,都等于2n-1,即C eq \o\al(1,n) +C eq \o\al(3,n) +C eq \o\al(5,n) +…=C eq \o\al(2,n) +C eq \o\al(4,n) +C eq \o\al(6,n) +…=______
[点睛]
(1)对称性:源于组合数的性质“C eq \o\al(m,n) =C eq \o\al(n-m,n) ”,基础是C eq \o\al(0,n) =C eq \o\al(n,n) =1,然后从两端向中间靠拢,便有C eq \o\al(1,n) =C eq \o\al(n-1,n) ,C eq \o\al(2,n) =C eq \o\al(n-2,n) ,….
(2)各二项式系数和:
C eq \o\al(0,n) +C eq \o\al(1,n) +C eq \o\al(2,n) +…+C eq \o\al(n,n) =2n,源于(a+b)n=C eq \o\al(0,n) an+C eq \o\al(1,n) an-1b+…+C eq \o\al(n,n) bn中,令a=1,b=1,即得到C eq \o\al(0,n) +C eq \o\al(1,n) +C eq \o\al(2,n) +…+C eq \o\al(n,n) =2n.
[自主检验]
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)杨辉三角的每一斜行数字的差成一个等差数列.( )
(2)二项展开式的二项式系数和为C eq \o\al(1,n) +C eq \o\al(2,n) +…+C eq \o\al(n,n) .( )
(3)二项展开式中系数最大项与二项式系数最大项相同.( )
答案:(1)× (2)× (3)×
2.(1+x)2n+1的展开式中,二项式系数最大的项所在的项数是( )
A.n,n+1
B.n-1,n
C.n+1,n+2
D.n+2,n+3
解析:选C 2n+1为奇数,展开式中中间两项的二项式系数最大,分别为第 eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(2n+1-1,2)+1)) 项,第 eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(2n+1+1,2)+1)) 项,即第n+1项与第n+2项,故选C.
3. eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\r(x)+\f(1,x))) eq \s\up20(n) 的展开式中第8项是常数,则展开式中系数最大的项是( )
A.第8项
B.第9项
C.第8项和第9项
D.第11项和第12项
解析:选D 二项式展开式的通项为Tk+1=C eq \o\al(k,n) ·(x eq \s\up16(\f(1,2)) )n-k·(x-1)k=C eq \o\al(k,n) ·x eq \s\up16(\f(1,2)n-\f (3,2)k) ,令k=7,则 eq \f(1,2) n- eq \f(21,2) =0,解得n=21,通项可化简为C eq \o\al(k,21) ·x eq \s\up16(\f(21-3k,2)) .由于n=21,故展开式中一共有22项,又展开式中各项的二项式系数与项的系数相同,故系数最大的项为k=10,11两项,即展开式的第11项和第12项.
4.设(-3+2x)4=a0+a1x+a2x2+a3x3+a4x4,则a0+a1+a2+a3的值为________.
解析:令x=1,得a0+a1+a2+a3+a4=1.①
又Tk+1=C eq \o\al(k,4) (-3)4-k(2x)k,
∴当k=4时,x4的系数a4=16.②
由①-②得a0+a1+a2+a3=-15.
答案:-15
题型一 与杨辉三角有关的问题
[例1] 如图所示,在杨辉三角中,斜线AB上方箭头所指的数组成一个锯齿形的数列:1,2,3,3,6,4,10,…,记这个数列的前n项和为Sn,求S19.
解:由杨辉三角可知,数列中的首项是C eq \o\al(2,2) ,第2项是C eq \o\al(1,2) ,第3项是C eq \o\al(2,3) ,第4项是C eq \o\al(1,3) ,……,第17项是C eq \o\al(2,10) ,第18项是C eq \o\al(1,10) ,第19项是C eq \o\al(2,11) .
故S19=(C eq \o\al(1,2) +C eq \o\al(2,2) )+(C eq \o\al(1,3) +C eq \o\al(2,3) )+(C eq \o\al(1,4) +C eq \o\al(2,4) )+…+(C eq \o\al(1,10) +C eq \o\al(2,10) )+C eq \o\al(2,11) =(C eq \o\al(1,2) +C eq \o\al(1,3) +C eq \o\al(1,4) +…+C eq \o\al(1,10) )+(C eq \o\al(2,2) +C eq \o\al(2,3) +…+C eq \o\al(2,11) )= eq \f((2+10)×9,2) +C eq \o\al(3,12) =274.
[反思感悟]
解决与杨辉三角有关问题的一般思路
如下图,在由二项式系数所构成的杨辉三角中,在哪一行中从左至右第14个数与第15个数的比为2∶3?
解:杨辉三角中的每个数均为二项式系数,第n行中从左至右第k个数为C eq \o\al(k-1,n) .
由题意得C eq \o\al(13,n) ∶C eq \o\al(14,n) =2∶3,∴2C eq \o\al(14,n) =3·C eq \o\al(13,n)
即2 eq \f(n!,14!(n-14)!) =3· eq \f(n!,13!(n-13)!) ,
2(n-13)=3×14,∴n=34.
故在第34行中的第14个数与第15个数之比为2∶3.
题型二 求二项展示式的系数和
[例2] 若(3x-1)7=a7x7+a6x6+…+a1x+a0,求:
(1)a1+a2+…+a7;
(2)a1+a3+a5+a7;
(3)a0+a2+a4+a6;
(4)|a0|+|a1|+|a2|+…+|a7|.
解:(1)令x=0,则a0=-1,
令x=1,则a7+a6+…+a1+a0=27=128.①
∴a1+a2+…+a7=129.
(2)令x=-1,则-a7+a6-a5+a4-a3+a2-a1+a0=(-4)7,②
由 eq \f(①-②,2) 得:a1+a3+a5+a7= eq \f(1,2) [128-(-4)7]=8 256.
(3)由 eq \f(①+②,2) 得:a0+a2+a4+a6= eq \f(1,2) [128+(-4)7]=-8 128.
(4)法一:∵(3x-1)7展开式中a0,a2,a4,a6均小于零,a1,a3,a5,a7均大于零,
∴|a0|+|a1|+|a2|+…+|a7|=a1+a3+a5+a7-(a0+a2+a4+a6)=8 256-(-8 128)=16 384.
法二:|a0|+|a1|+|a2|+…+|a7|
即为(1+3x)7展开式中各项的系数和,
∴|a0|+|a1|+|a2|+…+|a7|=(1+3)7=47=16 384.
[反思感悟]
二项展开式中系数和的求法
(1)对形如(ax+b)n,(ax2+bx+c)m(a,b,c∈R,m,n∈N*)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(ax+by)n(a,b∈R,n∈N*)的式子求其展开式的各项系数之和,只需令x=y=1即可.
(2)一般地,若f(x)=a0+a1x+a2x2+…+anxn,
则f(x)展开式中各项系数之和为f(1);
奇数项系数之和为a0+a2+a4+…= eq \f(f(1)+f(-1),2) ;
偶数项系数之和为a1+a3+a5+…= eq \f(f(1)-f(-1),2) .
若(1+x)6(1-2x)5=a0+a1x+a2x2+…+a11x11,求:
(1)a1+a2+a3+…+a11;
(2)a0+a2+a4+…+a10.
解:(1)由(1+x)6(1-2x)5=a0+a1x+a2x2+…+a11x11,
令x=1,得26×(-1)5=a0+a1+a2+a3+…+a11,
即a0+a1+a2+a3+…+a11=-26①,
又令x=0,得a0=1.
所以a1+a2+a3+…+a11=-26-1=-65.
(2)令x=-1,得a0-a1+a2-a3+…-a11=0②,
由 eq \f(①+②,2) ,得a0+a2+a4+…+a10
= eq \f(1,2) (-26+0)=-32.
题型三 求二项展开式中系数或二项式系数最大的项
[例3] 已知( eq \r(3,x2) +3x2)n展开式中各项的系数和比各项的二项式系数和大992.
(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:令x=1,则展开式中各项的系数和为(1+3)n=4n,
又展开式中各项的二项式系数和为2n,
由题意知,4n-2n=992,
∴(2n)2-2n-992=0,
∴(2n+31)(2n-32)=0,
∴2n=-31(舍去)或2n=32,∴n=5.
(1)由于n=5为奇数,
∴展开式中二项式系数最大的项为中间两项,它们分别是
T3=C eq \o\al(2,5) ( eq \r(3,x2) )3(3x2)2=90x6,
T4=C eq \o\al(3,5) ( eq \r(3,x2) )2(3x2)3=270x eq \s\up16(\f(22,3)) .
(2)展开式的通项为Tr+1=C eq \o\al(r,5) 3r·(x eq \s\up16(\f(2,3)) )5+2r.
假设Tr+1项系数最大,则有eq \o\al(r,5) eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(C3r≥C eq \o\al(r-1,5) 3r-1,,C eq \o\al(r,5) 3r≥C eq \o\al(r+1,5) 3r+1,))
∴ eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(\f(5!,(5-r)!r!)×3≥\f(5!,(6-r)!(r-1)!),,\f(5!,(5-r)!r!)≥\f(5!,(4-r)!(r+1)!)×3,)) ∴ eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(\f(3,r)≥\f(1,6-r),,\f(1,5-r)≥\f(3,r+1),))
∴ eq \f(7,2) ≤r≤ eq \f(9,2) .
∵r∈N,∴r=4.
∴展开式中系数最大的项为T5=C eq \o\al(4,5) 34x eq \s\up16(\f(26,3)) =405x eq \s\up16(\f(26,3)) .
[反思感悟]
求展开式系数最大项的方法
(1)若展开式的系数的绝对值与对应二项式系数相等,可转化为确定二项式系数的最值来解决.
(2)若展开式的系数为f(r)=C eq \o\al(r,n) ·mg(r)的形式,如求(a+bx)n(a,b∈R)的展开式中系数最大的项,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r+1项系数最大,应用 eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(Ar+1≥Ar+2,,Ar+1≥Ar)) 解出r,即得系数最大项.
(3)若展开式的项数较少或转化为讨论较少项的系数的类型,可采用逐个作差(作商)比较确定.
1. eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x3-\f(1,x2))) eq \s\up20(n) (n∈N*)的展开式中的所有二项式系数之和为128,则展开式中二项式系数最大的项是______________.
解析:C eq \o\al(0,n) +C eq \o\al(1,n) +C eq \o\al(2,n) +…+C eq \o\al(n,n) =2n=128,所以n=7.二项式系数最大的项是T4=C eq \o\al(3,7) (x3)4 eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(1,x2))) eq \s\up20(3) =-35x6和T5=C eq \o\al(4,7) (x3)3 eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(1,x2))) eq \s\up20(4) =35x.
答案:-35x6,35x
2.(x+2y)7展开式中系数最大的项为_________________.
解析:设k+1项系数最大,则有eq \o\al(k,7) eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(C·2k≥C eq \o\al(k-1,7) ·2k-1,,C eq \o\al(k,7) ·2k≥C eq \o\al(k+1,7) ·2k+1,))
即 eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(\f(7!,k!(7-k)!)2k≥\f(7!,(k-1)!(7-k+1)!)2k-1,,\f(7!,k!(7-k)!)2k≥\f(7!,(k+1)!(7-k-1)!)2k+1,))
⇒ eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(\f(2,k)≥\f(1,8-k),,\f(1,7-k)≥\f(2,k+1),)) 解得 eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(k≤\f(16,3),,k≥\f(13,3).))
又因为0≤k≤7,且k∈N,所以k=5,所以系数最大项为T6=C eq \o\al(5,7) x2·25y5=672x2y5.
答案:672x2y5
[课堂小结]
1.二项式系数的性质可从杨辉三角中直观看出.
2.求展开式中的系数或展开式中的系数的和、差的关键是给字母赋值,赋值的选择则需根据所求的展开式系数和特征来确定.一般地对字母赋的值为0,1或-1,但在解决具体问题时要灵活掌握.
3.注意以下两点:
(1)区分开二项式系数与项的系数.
(2)求解有关系数最大时的不等式组时,注意其中k∈{0,1,2,…,n}.
$