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SHANGHAI MATHEMATICS · SECTION 6.5

教师整合版 / 沪教版高中数学

二项式定理.

选择性必修第二册
第6章计数原理 · 保留教材主线与原题

1 个阅读模块6 个例题13 道练习与习题
6.5

二项式定理

教材与正式教参整合

1 杨辉三角和二项式定理

我们知道,对于任意的 ,都有

在 的取值不大的情况下,也可以利用下面的数阵求 的二项展开式中各项的系数:

教材或教参原图

这个数阵的特点是: ①每一行的第一个数和最后一个数都是 1 . ②每一行中, 除了第一个数和最后一个数外, 每个数等于它"肩上"的两个数之和. ③当 为偶数时,最大的系数是中间一项; 当 为奇数时,最大的系数是中间两项.

在我国数学家杨辉于 1261 年所著的《详解九章算法》中出现了类似的图表(类似于图 6-5-1),习惯上称之为杨辉三角,杨辉在该图旁注明 "贾宪用此术",故亦称贾宪三角. 它是中国古代数学的杰出研究成果之一.


请将特点①和特点②用组合数的公式表示.

杨辉, 字谦光, 钱塘(今杭州)人。中国南宋末年数学家、 数学教育家. 约在 13 世纪中叶至后半叶活动于苏、杭一带.


教材或教参原图

图 6-5-1

一般地, 我们有下面的

定理 设 是正整数,等式

证明 当 时,

假设 ( 为正整数)时,

则当 时,根据多项式的乘法运算规则,有

从而由性质 和 ,得


西方称类似表格为帕斯卡三角形.

在讨论二项式定理相关内容时, 我们约定 .


所以,由数学归纳法,对于 和正整数 ,都有

例题 1

例 1 求 的二项展开式.

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解 由二项式定理, 的二项展开式是

例题 2

例 2 求 的二项展开式中 项的系数.

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解 由二项式定理, 的二项展开式中的第 项为 ,其中 . 令 ,得 项的系数是 .

例题 3

例 3 利用 的二项展开式,证明: 是 7 的倍数.

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证明 由二项式定理, 我们有

在其中令 ,得

从而

显然,等号右边的每一项都是 7 的倍数,所以 是 7 的倍数. 于是, 也一定是 7 的倍数.

练习 6.5(1)

练习6.5(1) · 1
  1. (1) 求 的二项展开式;

(2)求 的二项展开式中的常数项;

(3)求 的二项展开式中 的系数;

(4)在 的二项展开式中,如果第 项和第 项的系数的绝对值相等,求此展开式的第 项.

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  1. (1) (2)-220. (3)-672. (4) .

二项式定理的应用 ——组合数的性质

在二项式定理中,特别令 ,就得到

令 ,就得到

由上述二式就得到

例题 4

例 4 已知对任意给定的实数 ,都有

求值:

(1) ;

(2) .

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解 令 ,则 ,从而

因此, 已知的等式可改写为

(1)令 ,得

(2)令 ,得

二式联立就得到

例题 5

例 5 证明: 在 个组合数 中, 当 为偶数时,最大值是中间的一项 ; 而当 为奇数时,最大值是中间的两项 和 .

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证明 对于任给的 ,有


在二项展开式中代入适当的特殊值, 会得到一些与组合数有关的特殊的恒等式.


由于 且 ,因此当 即 时, ; 而当 时, .

若 为偶数,则当 时,

而当 时,

所以,当 为偶数时,最大值是中间的一项 .

若 为奇数,则当 时,

当 时, ,即 ; 而当 时,

所以,当 为奇数时,最大值是中间的两项 及 .

例题 6

例 6 求 的二项展开式中系数最大的项.

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解 对 ,展开式的第 项是 . 设这一项的系数为 ,就有 . 显然, .

因此,对于 ,就有

所以,当 时, 成立,即 ; 当 时, ,即 ; 而当 时, 成立,即 .

因此,系数最大的项是第 12 项 和第 13 项 ,其中 .

练习 6.5(2)

练习6.5(2) · 2

2.(1)求 的二项展开式中系数最大的项;

(2)求 的二项展开式中系数最大的项.

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  1. (1) . (2) .

习题 6.5

A 组

B 组

习题6.5B · 3
  1. 设 为正整数 . 若二项展开式中关于 的一次项系数之和为 11,则当 为何值时,含 项的系数取得最小值?
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习题6.5B · 4
  1. 在 的二项展开式中,设奇数项之和为 ,偶数项之和为 . 求证: .
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  1. 提示: 我们知道, , 由此即得 .
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