内容正文:
第六章 计数原理
6.3 二项式定理
6.3.1 二项式定理
第2课时 排列的综合应用
1
[学习目标] 1.能用计数原理证明二项式定理.(数学抽象) 2.掌握二项式定理及二项展开式的通项.(数学运算) 3.能解决与二项式定理有关的简单问题.(逻辑推理、数学运算)
导
6.3.1 二项式定理
2. 组合数公式:
1. 排列数公式:
其中m,n∈N* 且 m≤n,规定
3. 组合数性质:
复习巩固:
导
问题1 观察下列几个等式:
(a+b)1=a+b;
(a+b)2=a2+2ab+b2;
(a+b)3=a3+3a2b+3ab2+b3;
(a+b)4=a4+4a3b+6a2b2+4ab3+b4.
你能发现它们有什么样的规律吗?你能发现各等式右侧多项式是如何形成的吗?
导
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6.3.1 二项式定理
上一节学习了排列数公式和组合数公式,本节我们用它们解决一个在数学上有着广泛应用的展开的问题。
你能写出
①项数;
②每一项的形式;
③每一项的系数。
需要研究
如何研究
从特殊到一般
先研究
导
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5
(a+b)2=(a+b)(a+b)
=a×a+a×b+b×a+b×b
=a2+2ab+b2
我们来分析的展开过程,根据多项式乘法法则,
①确定项数;
合并同类项之前有______项,合并同类项之后有______项。
4
3
你能用计数原理的知识解释为什么
展开式合并同类项之前有4项吗?
导
②确定每一项的形式
每一项的次数都是2次,即a,b的次数和为2,如果b是k次,
则a是2-k次。
所以每一项都是形如 a2-k×bk 的形式 。
(a+b)2=(a+b)(a+b)
=a2+2ab+b2
导
③确定每一项的系数
思考:每一项 a2-k×bk 的系数由什么决定?
ab出现的次数相当于从2个 (a+b) 中取1个b的组合数,
即ab共有2个.
b2出现的次数相当于从2个 (a+b) 中取2个b的组合数 ,
即b2只有1个.
a2出现的次数相当于从2个 (a+b) 中取0个b的组合数,
即a2只有1个;
(a+b)2=(a+b)(a+b)
=a2+2ab+b2
导
a4
a3b
ab3
b4
a2b2
根据你发现的规律,你能写出(a+b)4 的展开式吗?
?
思考
项的形式:a4-k×bk (k=0,1,2,3,4)
合并同类项前展开式共有: 项,
导
问题2 你能根据问题1的分析,写出(a+b)5的展开式吗?
问题3 你能写出二项式定理吗?二项展开式的通项是什么?
问题4 二项式和二项式系数的区别是什么?项的系数又是什么?
问题5 如何求二项展开式的特定项?
[提示] (a+b)5=a5+a4b+a3b2+a2b3+ab4+b5.
思
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6.3.1 二项式定理
问题2 你能根据问题1的分析,写出(a+b)5的展开式吗?
问题3 你能写出二项式定理吗?二项展开式的通项是什么?
问题4 二项式和二项式系数的区别是什么?项的系数又是什么?
问题5 如何求二项展开式的特定项?
[提示] (a+b)5=a5+a4b+a3b2+a2b3+ab4+b5.
议
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6.3.1 二项式定理
归纳猜想:
你能给出上述猜想的证明吗?
导
an
an-1b
…
bn
an-2b2
合并同类项前展开式共有: 项,
项的形式:an-k×bk (n=0,1,2,…,n )
b
……
展
式中 的叫做二项展开式的通项,用 表示,即通项为展开式的第 项:
上述公式叫做二项式定理,右边的多项式叫做 (a+b)n 的二项展开式,其中各项的系数 叫做二项式系数.
在二项式定理中,若设a=1, b=x,则得到公式
的展开式吗?
展
1. 二项式系数:
2. 次数规律:
(1)各项的次数均为n;
(2)各项里a的指数由n降到0,b的指数由0升到n.
3. 项数规律:
共有n+1个项 .
4. 通项:
二项展开式中的(二项式)系数、次数、项数以及通项的变化,
是二项式定理的核心,它在求展开式的某些特定项、特定项系数、
以及数、式的整除方面有广泛应用 .
定理的特征:
展
与a,b的值无关
例1 求 的展开式 .
解:根据二项式定理,可得
求 的展开式.
变式1:
解:
典例分析
展
[典例讲评] 【链接教材P30例1】
1.(1)求的展开式;
(2)化简:(x+1)n-(x+1)n-1+(x+1)n-2-…+(-1)k(x+1)n-k+…+(-1)n.
[解] (1)法一:=4+·+2+·+=81x2+108x+54++.
展
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6.3.1 二项式定理
法二:==(1+3x)4=[1+·3x+(3x)2+(3x)3+(3x)4]=(1+12x+54x2+108x3+81x4)=++54+108x+81x2.
(2)原式=(x+1)n+(x+1)n-1(-1)++…+(x+1)n-k·(-1)k+…+(-1)n=[(x+1)-1]n=xn.
展
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6.3.1 二项式定理
[母题探究] (变题设)若将本例(2)的式子变为
“1-2+4-8+…+(-2)n”,求化简结果.
[解] 逆用二项式定理,将1看成公式中的a,-2看成公式中的b,可得原式=(1-2)n=(-1)n.
展
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6.3.1 二项式定理
反思领悟 (1)求形式简单的二项展开式时,要注意二项展开式的特点:前一个字母是降幂,后一个字母是升幂.如果项的系数是正负相间的,则是(a-b)n的形式.
(2)逆用二项式定理可以化简多项式,要熟悉公式的特点、项数、各项幂指数的规律以及各项的系数,向二项展开式的形式靠拢.
展
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6.3.1 二项式定理
[学以致用] 1.(1)已知3n+3n-1+3n-2+…+3+=1 024,则n=________.
(2)【链接教材P34习题6.3T3】
求的展开式.
(1)5 [∵3n+3n-1+3n-2+…+3+
=3n·10+3n-1·11+…+31·1n-1+30·1n=(3+1)n,
∴4n=1 024=45,因此n=5.]
展
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6.3.1 二项式定理
(2)[解] 法一:=4-·3·+2-··+=x2-2x+-.
法二:==(2x-1)4
=(16x4-32x3+24x2-8x+1)
=x2-2x+-.
展
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6.3.1 二项式定理
角度1 项的系数与二项式系数
[典例讲评] 【链接教材P30例2】
2.(源自湘教版教材)计算(x+2y)9的展开式中第5项的系数和二项式系数.
[解] (x+2y)9的展开式的第5项是
T5=T4+1=×x9-4×(2y)4=×24×x5y4,
所以展开式中第5项的系数是×24=2 016,
第5项的二项式系数是=126.
展
探究2 二项展开式的通项的应用
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6.3.1 二项式定理
反思领悟 正确区分二项式系数与项的系数
二项式系数与项的系数是两个不同的概念.二项式系数是指,只与项数有关,与a,b的值无关,二项式系数的值恒为正;项的系数是指该项中除变量外的常数部分,不仅与项数有关,还与a,b的值有关,系数的值可正可负.
展
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6.3.1 二项式定理
角度2 展开式中的特定项
[典例讲评] 3.在的展开式中,求:
(1)第4项;(2)常数项;(3)有理项.
[解] 的展开式的通项为
Tk+1=x12-k·=(-1)k.
(1)令k=3,则T4=(-1)3=-220x8.
展
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6.3.1 二项式定理
(2)令12-k=0,解得k=9,
所以常数项为(-1)9=-220.
(3)当k=0,3,6,9,12时,Tk+1是有理项,
分别为T1=x12,T4=-x8=-220x8,
T7=x4=924x4,T10=-=-220,
T13=x-4=.
展
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6.3.1 二项式定理
[母题探究] 本例条件不变,求中间项.
[解] 因为n=12,所以展开式共有13项,所以中间项为第7项.
令k=6,得T7=(-1)6=924x4.
展
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6.3.1 二项式定理
反思领悟 (1)求二项展开式的特定项的常见题型
①求第k项,Tk=an-k+1bk-1(k∈N*,k≤n+1);②求含xk的项(或xpyq的项);③求常数项;④求有理项.
(2)求二项展开式的特定项的常用方法
①对于常数项,隐含条件是字母的指数为0(即0次项);
②对于有理项,一般是先写出通项公式,其所有的字母的指数恰好都是整数的项即为有理项.解这类问题必须合并通项中同一字母的指数,根据具体要求,令其属于整数,再根据数的整除性来求解;
③对于二项展开式中的整式项,其通项中同一字母的指数应是非负整数,求解方式与求有理项一致.
展
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6.3.1 二项式定理
角度3 利用二项展开式的通项求参数
[典例讲评] 4.已知的展开式中,常数项为135,则a的值为( )
A.3 B.-3
C.2 D.3或-3
√
解
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6.3.1 二项式定理
D [二项展开式的通项为Tk+1=·(ax)6-k·=·(-1)k
a6-k ·,k=0,1,…,6,令6-k=0,可得k=4,
因此展开式中的常数项为T5=·(-1)4·a2=135,
则a2=9,a=±3.
故选D.]
解
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6.3.1 二项式定理
反思领悟 二项式中的参数求解问题,一类是借助二项展开式的通项求解,需要注意的是展开式中第k+1项的二项式系数与第k+1项的系数是不同的,要特别注意符号;另一类是利用二项式系数或特定项求指数n,要注意n为正整数.
解
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6.3.1 二项式定理
[学以致用] 【链接教材P35习题6.3T6】
2.(1)若的二项展开式中常数项为160,则实数a的值为( )
A.2 B.-2
C. D.-
(2)(源自人教B版教材)求的展开式中常数项的值和对应的二项式系数.
√
解
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6.3.1 二项式定理
(1)A [的二项展开式的通项为Tk+1=(ax)6-k=a6-kx6-2k,
令6-2k=0,解得k=3,
所以常数项为a6-3=160,解得a=2.
则实数a的值为2.故选A.]
解
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6.3.1 二项式定理
(2)[解] 因为=6,所以展开式中的第k+1项为
Tk+1=(2)6-k()k=26-k26-kx3-k.
令3-k=0,解得k=3,因此常数项是第4项,且
T4=26-3x3-3=160.
从而可知常数项的值为160,其对应的二项式系数为=20.
解
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6.3.1 二项式定理
【教材原题·P35习题6.3T6】
求下列各式的二项展开式中指定项的系数:
(1)的含的项;
(2)的常数项.
[解] (1)含的项是第6项,它的系数是=-.
(2)常数项是第6项,它的系数是·210-5·=-252.
解
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6.3.1 二项式定理
1.二项式定理
2.二项展开式的通项
3.二项式系数:
课堂小结
解
6.3.1 二项式定理
1.在的展开式中,常数项为( )
A.180 B.270
C.360 D.540
√
A [根据二项展开式的通项Tk+1=·(-2)k·(k=0,1,2,3,…,10),令-2k=0,得k=2,故常数项为·(-2)2=180.故选A.]
达
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6.3.1 二项式定理
√
2.(m>0)的展开式中常数项为60,则m=( )
A. B.
C.2 D.3
A [的展开式的通项为Tk+1==m6-kx6-3k·(-1)k,0≤k≤6,且k∈N.
令6-3k=0,得k=2,
所以m6-2(-1)2=60,即15m4=60.
又m>0,所以m=.故选A.]
达
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6.3.1 二项式定理
√
3.2+22+…+210=( )
A.210-1 B.310-1
C.210+1 D.310+1
B [因为20+2+22+…+210=(1+2)10=310,
所以2+22+…+210=310-1.故选B.]
达
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6.3.1 二项式定理
4.(教材P31练习T4改编)在的展开式中,
(1)第5项的二项式系数为__________,系数为__________;
(2)x2的系数为__________.
(1)70 1 120 (2)112 [(1)因为T5=(2x2)4·=,所以第5项的二项式系数是=70,第5项的系数是·24=1 120.
(2)的展开式的通项为Tk+1==(-1)
k·28-k ·,根据题意得16-k=2,解得k=6,
因此x2的系数是(-1)6·28-6=112.]
达
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6.3.1 二项式定理
1.知识链:
2.方法链:二项式定理的应用方法,转化化归思想.
3.警示牌:不能准确记忆an-kbk是展开式的第k+1项致误.
达
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6.3.1 二项式定理
1.你能写出本节课所学的公式吗?
[提示] ①二项式定理:(a+b)n=an+an-1b1+…+an-kbk+…+bn,n∈N*.
②二项展开式的通项:第k+1项Tk+1=an-kbk.
2.你能写出(a-b)n的展开式的通项吗?
[提示] Tk+1=(-1)kan-kbk.
达
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6.3.1 二项式定理
3.(a+b)n与(b+a)n的展开式相同吗?第k+1项相同吗?
[提示] 展开式相同,第k+1项不同.
(a+b)n的展开式的第k+1项为Tk+1=an-kbk,
而(b+a)n的展开式的第k+1项为Tk+1=bn-kak.
达
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6.3.1 二项式定理
1. 二项式系数:
2. 次数规律:
(1)各项的次数均为n;
(2)各项里a的指数由n降到0,b的指数由0升到n.
3. 项数规律:
共有n+1个项 .
4. 通项:
二项展开式中的(二项式)系数、次数、项数以及通项的变化,
是二项式定理的核心,它在求展开式的某些特定项、特定项系数、
以及数、式的整除方面有广泛应用 .
定理的特征:
导
与a,b的值无关
思
思考:1、2、3、4、5
讨论:8、9、10、11、
讲评:12、13、14、15
6.3.1 二项式定理
议
思考:1、2、3、4、5
讨论:8、9、10、11、
讲评:12、13、14、15
6.3.1 二项式定理
章末综合测评(一) 动量守恒定律
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
9
10
11
12
13
14
15
课时分层作业(八) 二项式定理
√
一、选择题
1.(x+2)n的展开式共有16项,则n等于( )
A.17 B.16 C.15 D.14
C [∵(a+b)n的展开式共有n+1项,而(x+2)n的展开式共有16项,∴n=15.故选C.]
展
47
题号
2
1
3
4
5
6
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14
15
√
2.(2024·北京卷)4的展开式中,x3的系数为( )
A.6 B.-6
C.12 D.-12
A [4的展开式的通项为Tk+1=x4-k·k=,k=0,1,2,3,4,
令4-=3,解得k=2,故所求系数为(-1)2=6.]
展
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6.3.1 二项式定理
48
题号
2
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14
15
√
3.设A=37+×35+×33+×3,B=×36+×34+×32+1,则A-B=( )
A.128 B.129
C.47 D.0
A [A-B=×37-×36+×35-×34+×33-×32+×31-×30=(3-1)7=27=128.故选A.]
展
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6.3.1 二项式定理
49
√
题号
2
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15
4.的展开式中,常数项为( )
A.6 B.15
C.12 D.20
B [展开式的通项为Tk+1=x6-k=,
令6-=0,解得k=4,
所以展开式的常数项为=15,
故选B.]
展
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6.3.1 二项式定理
50
√
题号
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12
13
14
15
√
√
5.(多选)在的展开式中,有( )
A.含x的项
B.含的项
C.含x4的项
D.含的项
展
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6.3.1 二项式定理
51
题号
2
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15
ABC [的展开式的通项为Tk+1=(-2)k·x10-3k,k=0,1,2,3,4,5.当10-3k=1时,k=3,A正确;当10-3k=
-2时,k=4,B正确;当10-3k=4时,k=2,C正确;当10-3k=-4时,k=,D错误.故选ABC.]
展
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6.3.1 二项式定理
52
题号
2
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15
二、填空题
6.在的展开式中,常数项为 ________.
8 [的展开式的通项为Tk+1==24-k· ·(k=0,1,2,3,4),
令4-k=0,得k=3,
所以展开式中的常数项为24-3=8.]
展
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53
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2
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7.5+5的展开式中,x2的系数是________.
10 [5+5的展开式中,含x2的项为114+114=10x2,
故展开式中x2的系数是10.]
展
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6.3.1 二项式定理
54
题号
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8.设常数a∈R,若的二项展开式中x7的系数为-10,则a=________,x4的系数为________.
-2 40 [的展开式的通项为Tk+1=x10-2k·=akx10-3k.
令10-3k=7,得k=1,所以x7的系数是a.
因为x7的系数是-10,所以a=-10,解得a=-2.
令10-3k=4,则k=2.
所以x4的系数是a2=(-2)2=40.]
展
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6.3.1 二项式定理
55
题号
2
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3
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14
15
三、解答题
9.已知的展开式中,第3项的系数比第2项的系数大162.
(1)求n的值;
(2)求展开式中含x3的项,并指出该项的二项式系数.
解
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6.3.1 二项式定理
56
题号
2
1
3
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15
[解] (1)因为T3=n-2=4,
T2=n-1=-2,
依题意得,4+2=162,
所以2+=81,
所以n2=81,
又n∈N*,故n=9.
解
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6.3.1 二项式定理
57
题号
2
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13
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15
(2)的展开式的通项为Tk+1=9-k=(-2)k,
令=3,解得k=1,
所以含x3的项为T2=-2x3=-18x3,
二项式系数为=9.
解
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6.3.1 二项式定理
58
题号
2
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9
10
11
12
13
14
15
10.在(1+x)8的展开式中,系数为整数的项的个数为( )
A.9 B.4 C.3 D.2
√
C [(1+x)8的展开式的通项为Tk+1=x)k=x)k=xk,k=0,1,2,3,4,5,6,7,8,
因为k∈Z,所以k=0,3,6,
所以系数为整数的项为第1,4,7项,故有3项.
故选C.]
解
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6.3.1 二项式定理
59
题号
2
1
3
4
5
6
8
7
9
10
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12
13
14
15
11.的展开式中,第3项的二项式系数比第2项的二项式系数大44,则展开式中的常数项是( )
A.第3项
B.第4项
C.第7项
D.第8项
√
解
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6.3.1 二项式定理
60
题号
2
1
3
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13
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15
B [由题意可得-=44,
即(n+8)(n-11)=0,
解得n=11或n=-8(舍去),
故=,
其展开式的通项为Tk+1=11-k=(0≤k≤11,k∈N),令=0,解得k=3,
∴展开式中的常数项是第4项.故选B.]
解
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6.3.1 二项式定理
61
√
题号
2
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15
√
12.(多选)在的展开式中,下列说法正确的是( )
A.展开式中各项的通项为Tk+1=
B.展开式中各项的系数等于其二项式系数
C.x的幂指数是整数的项共有5项
D.展开式中存在常数项
√
解
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6.3.1 二项式定理
62
题号
2
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15
ABC [Tk+1==,A,B正确;当k分别取0,6,12,18,24时,x的幂指数为整数,所以x的幂指数有5项是整数,C正确;展开式中不存在常数项,D错误.故选ABC.]
解
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6.3.1 二项式定理
63
题号
2
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15
13.若多项式x8-x10=a0+a1(2+x)+a2(2+x)2+…+a9(2+x)9+a10(2+x)10,则a8=________.
-179 [由多项式x8-x10=a0+a1(2+x)+a2(2+x)2+…+a9(2+x)9+a10(2+x)10,
则[(2+x)-2]8-[(2+x)-2]10=a0+a1(2+x)+a2(2+x)2+…+a9(2+x)9+a10(2+x)10,则a8=×(-2)0-×(-2)2=-179.]
解
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64
题号
2
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15
14.已知+n(其中n<15)的展开式中第9项与第11项的二项式系数和是第10项的二项式系数的2倍.
(1)求n的值;
(2)写出展开式中的所有有理项.
解
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6.3.1 二项式定理
65
题号
2
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[解] (1)+n(其中n<15)的展开式中第9项、第10项、第11项的二项式系数分别是,,.
依题意得,+=2·,
化简得90+(n-9)(n-8)=20(n-8),
即n2-37n+322=0,
解得n=14或n=23,
因为n<15,
所以n=14.
解
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6.3.1 二项式定理
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题号
2
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15
(2)+14的展开式的通项为
Tk+1==,
当且仅当k是6的倍数时,展开式中的项是有理项,
又0≤k≤14,k∈N,
所以展开式中的有理项共3项,分别是
k=0,T1=x7=x7;
k=6,T7=x6=3 003x6;
k=12,T13=x5=91x5.
解
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6.3.1 二项式定理
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题号
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15.设(a>0)的展开式中,x3的系数为A,常数项为B.若B=4A,则a的值是________.
2 [(a>0)的展开式的通项为Tk+1=x6-k=,令6-k=3,得k=2;令6-k=0,得k=4,
∴B=(-a)4,A=(-a)2.
∵B=4A,a>0,∴a=2.]
解
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68
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