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二项式定理在新课标教材下相对比较独立,内容不多,但题型较多,解法灵活.高考中的考查多是选择题、填空题,也有可能在应用题中用它进行近似计算. 考查的内容以二项展开式及其通项公式的运用为主的基础题,注重培养目标意识和构造意识以及赋值法思想.
考点1 考查对某项的二项式系数和系数的相关概念的正确理解
例1 (1)[(1+2x)n]的展开式中第[6]项与第[7]项的系数相等,求展开式中二项式系数最大的项和系数最大的项;
(2)求[(2x+1x)4]的展开式中各项的二项式系数和及各项系数和.
分析 某项的二项式系数和系数是大家易混淆的两个概念;两者本质差别在:展开式中第[r+1]项的二项式系数是[Crn]([r=0,1,2,…,n]),而第[r+1]项的系数是指经过化简整理后该项未知数前的最简系数(含正负).
解 (1)[T6=C5n(2x)5],[T7=C6n(2x)6],依题意有[C5n25=C6n26?n=8].
∴[(1+2x)8]的展开式中,二项式系数最大的项为[T5=C48(2x)4=1120x4].
设第[r+1]项系数最大,则有
[Cr8?2rCr-18?2r-1,Cr8?2rCr+18?2r+1,?5r6].
∴[r=5]或[r=6](∵[r∈0?,?1?,?2?,?…?,?8]).
∴系数最大的项为:[T6=1792x5],[T7=1792x6].
(2)该展开式的各项二项式系数和为
[C04]+[C14]+[C24]+[C34]+[C44]=[24]=16.
令二项式中变量[x=1]得各项系数之和为[34=81.]
点拨 二项式的考查注重基本概念,尤其是二项式系数和系数的相关问题. 而解决此类问题的关键是正确认识它们的本质区别.特别提醒:(1)求二项式系数最大的项,根据二项式系数的性质,[n]为奇数时中间两项的二项式系数最大,[n]为偶数时,中间一项的二项式系数最大. 求展开式中系数最大的项需先判断各项系数的正、负情况,再列不等式组求解. (2)各项二项式系数和总是[C0n]+[C1n+…]+[Cnn]=[2n];而各项系数和是令展开式中各变量都为1时所得的值.
考点2 利用通项公式解决特定项问题
例2 (1)二项式[x+12x4n]的展开式中,前三项的系数成等差数列,求展开式中所有的有理项;
(2)求[(1-x)3(1+x)10]的展开式中[x5]的系数;
(3)求[(x+1x+2)6]的展开式中的常数项.
分析 本题涉及到某项的系数、有理项及常数项,属典型的特定项问题,可以通过通项公式解决.
解 (1)该二项式的展开式的通项公式为:
[Tr+1=Crn(x)n-r12x4r=Crn12rx2n-3r4]
前三项的[r=0,1,2.] 得系数为:
[T1=1,T2=12C1n=12n,T3=14C2n=18n(n-1)],
由已知:[2T2=T1+T3, n=1+18n(n-1)],
∴[n=8].
通项公式为[Tr+1=Cr812rx16-3r4,r=0,1,2,…8,][Tr+1]为有理项,故[16-3r]是4的倍数,
∴[r=0,4,8.] 依次得有理项为
[T1=x4,T5=C48124x=358x,T9=C88128x-2=1256x-2.]
(2)[(1-x)3(1+x)10]展开式中的[x5]可以看成下列几种方式得到,然后合并同类项:
用[(1-x)3]展开式中的常数项乘以[(1+x)10]展开式中的[x5]项,可以得到[C510x5];用[(1-x)3]展开式中的[x1]项乘以[(1+x)10]展开式中的[x4]项可得到[(-3x)(C410x4)=-3C410x5];用[(1-x)3]中的[x2]乘以[(1+x)10]展开式中的[x3]可得到[3x2?C310x3=3C310x5];用 [(1-x)3]中的[x3]项乘以[(1+x)10]展开式中的[x2]项可得到[-3x3?C210x2=-C210x5],合并同类项得[x5]项为: [(C510-C410+3C310-C210)x5=-63x5].
(3)(法一)由[x+1x+2=x+1x2]得
[(x+1x+2)5=x+1x12].
由[x+1x12]展开式的通项公式[Tr+1=Cr12(2)12-r1xr=Cr12x6-r],可得展开式的常数项为[C612=924].
(法二)将[x+1x]整体看作一项得展开式的通项为[Tr+1=2rCr6(x+1x)6-r][(r=0,1,…,6)]当r=0,2,4,6时有常数项,依次再展开,合并同类项后得原二项式的常数项为[20C06C36+22C26C24+24C46C12+26=924].
点拨 二项式定理的考查以利用通项公式解决特定项问题居多,大多数难度不大;但也有形如(2)(3)这种多项式展开需要转化成二项式展开的问题. 解决此类问题的关键是:恰当运用因式分解、多项式乘法和合并同类项等代数运算技巧.
考点3 利用赋值思想解决系数和问题
例3 若[(3x-1)7=a7x7+a6x6+…+a1x+a0],
求(1)[a1+a2+…+a7];
(2)[a1+a3+a5+a7];
(3)[a0+a2+a4+a6].
分析 通过对等式中的字母赋恰当的值,往往会得到此类问题的结果. 经常取的值有0、1、-1等.
解 (1)令[f(x)=(3x-1)7],
当[x=0],则[f(0)=][a0=-1],
令[x=1], 则[f(1)=27=][a7+a6+…+a1+a0=128]. ①
∴[a1+a2+…+a7=f(1)-f(0)=129].
(2)令[x=-1],则
[f(-1)=-a7+a6-a5+a4-a3+a2-a1+a0=(-4)7]②
由[①-②2]得,
[a1+a3+a5+a7=12[128-(-4)7]=8256.]
(3)由[①+②2]得:
[a0+a2+a4+a6]
[=12[f(1)+f(-1)]][=12[128+(-4)7]=-8128].
点拨 (1)本题根据问题恒等式特点来用“特殊值”法求解. 这是一种重要的方法,它适用于恒等式的证明和代数式的求和. (2)一般地,对于多项式[f(x)=(q+px)n=ao+a1x+…+an-1xn-1+anxn,][f(x)]的各项的系数和为[f(1)];常数项[a0=f(0)];[f(x)]的奇数项的系数和为[12[f(1)+f(-1)]]. 偶数项的系数和为[12[f(1)-f(-1)]]. 赋值法不仅可以用来求二项展开式的系数和,对于展开式为多项式的代数式的系数和也能用此方法解决,如:[(1+x)5(1-2x)6]的展开式中各项的系数和仍然是令[x=1]得各项系数和为32.
考点4 利用二项展开式解决整除性问题
例4 (1)利用二项式定理证明:[32n+2-8n-9]是64的倍数;
(2)[230-3]除以[7]的余数 .
分析 (1)64是8的平方,问题相当于证明[32n+2-8n-9]是[82]的倍数,为了使问题向二项式定理贴近,变形[32n+2=9n+1=(8+1)n+1],将其展开后各项含有[8k],与[82]的倍数联系起来. (2)将[230]分解成含[7]的因数,然后用二项式定理展开,不含[7]的项就是余数.
解 (1)[32n+2-8n-9]
[=9n+1-8n-9=(8+1)n+1-8n-9]
[=8n+1+C1n+1?8n+…+Cn-1n+1?82+Cnn+1?8+1-8n-9]
[=8n+1+C1n+1?8n+…+Cn-1n+1?82+8(n+1)+1-8n-9]
[=8n+1+C1n+1?8n+…+Cn-1n+1?82]
[=(8n+1+C1n+1?8n-2+…+Cn-1n+1)?64]
上式是64的倍数,得证.
(2)[230-3][=(23)10-3][=(8)10-3][=(7+1)10-3]
[=C010710+C11079+…+C9107+C1010-3]
[=7×[C01079+C11078+…+C910]-2.]
又∵余数不能为负数,需转化为正数,
∴[230-3]除以[7]的余数为5.
点拨 证明整除性问题,或求余数问题. 关键是找准指数式中的底数和除数的联系,将指数式分拆成与除数有关联的两个数的和或差,再用二项式定理展开,要注意余数为非负数且不大于除数.
考点5 利用二项展开式证明组合恒等式或不等式问题
例5 (1)证明:[C0n+32C2n+34C4n+…+3nCnn][=2?4n-1][+2n-1]([n]为偶数,[n∈N*])
(2)求证:[3n>(n+2)?2n-1(n∈N*,n>2)]
分析 (1)注意分析等式左边式子的结构特征,刚好是某二项展开式的部分项,也要注意到3-1=2,3+1=4正好和指数式的底数吻合,从而构造[(1±3)n]展开. (2)思想同上.
解 (1)∵[n]为偶数,
∴[(1+3)n=C0n+3C1n+32C2n+…+3nCnn],
[(1-3)n=C0n-3C1n+32C2n-…+3nCnn].
两式相加得
[4n+2n=2(C0n+32C2n+34C4n+…+3nCnn)],
∴[C0n+32C2n+34C4n+…+3nCnn=2?4n-1+2n-1].
(2)[∵n∈N*且n>2],
∴[3n=(2+1)n]展开至少有四项,即
[3n=(2+1)n2n+n?2n-1+2n+1>2n+n?2n-1]
[=(n+2)?2n-1]得证.
点拨 构造函数展开式进行赋值法,构造问题双解法、拆项法、倒序相加法、放缩法等都是证明一些组合数恒等式(或求和)、不等式的常用方法.
1. 若[(x+1x)n]的展开式中第3项与第7项的系数的二项式系数相等,则该展开式中[1x2]的系数为 .
2. 已知[(x+3x3)n]展开式中,各项系数的和与其各项二项式系数的和之比为64,则[n]等于( )
A. 10 B. 5 C. 6 D. 7
3. 已知[(x+ax)(2x-1x)5]的展开式中各项系数和为2,则该展开式中的常数项( )
A. -40 B. -20 C. 20 D. 40
4. [(x2+2)(1x2-1)5]的展开式的常数项是( )
A. -3 B. -2 C. 2 D. 3
5. [(2+33)100]的展开式中有多少项是有理项的项数为( )
A. 16 B. 17 C. 18 D. 19
6. 设[(1+x)8=a0+a1x+…+a8x8],则[a0, a1, ][a2,…,a8]中奇数的个数为( )
A. 2 B. 3 C. 4 D. 5
1. 56 2. C 3. D 4. B 5. B 6. A
考点1 考查对某项的二项式系数和系数的相关概念的正确理解
例1 (1)[(1+2x)n]的展开式中第[6]项与第[7]项的系数相等,求展开式中二项式系数最大的项和系数最大的项;
(2)求[(2x+1x)4]的展开式中各项的二项式系数和及各项系数和.
分析 某项的二项式系数和系数是大家易混淆的两个概念;两者本质差别在:展开式中第[r+1]项的二项式系数是[Crn]([r=0,1,2,…,n]),而第[r+1]项的系数是指经过化简整理后该项未知数前的最简系数(含正负).
解 (1)[T6=C5n(2x)5],[T7=C6n(2x)6],依题意有[C5n25=C6n26?n=8].
∴[(1+2x)8]的展开式中,二项式系数最大的项为[T5=C48(2x)4=1120x4].
设第[r+1]项系数最大,则有
[Cr8?2rCr-18?2r-1,Cr8?2rCr+18?2r+1,?5r6].
∴[r=5]或[r=6](∵[r∈0?,?1?,?2?,?…?,?8]).
∴系数最大的项为:[T6=1792x5],[T7=1792x6].
(2)该展开式的各项二项式系数和为
[C04]+[C14]+[C24]+[C34]+[C44]=[24]=16.
令二项式中变量[x=1]得各项系数之和为[34=81.]
点拨 二项式的考查注重基本概念,尤其是二项式系数和系数的相关问题. 而解决此类问题的关键是正确认识它们的本质区别.特别提醒:(1)求二项式系数最大的项,根据二项式系数的性质,[n]为奇数时中间两项的二项式系数最大,[n]为偶数时,中间一项的二项式系数最大. 求展开式中系数最大的项需先判断各项系数的正、负情况,再列不等式组求解. (2)各项二项式系数和总是[C0n]+[C1n+…]+[Cnn]=[2n];而各项系数和是令展开式中各变量都为1时所得的值.
考点2 利用通项公式解决特定项问题
例2 (1)二项式[x+12x4n]的展开式中,前三项的系数成等差数列,求展开式中所有的有理项;
(2)求[(1-x)3(1+x)10]的展开式中[x5]的系数;
(3)求[(x+1x+2)6]的展开式中的常数项.
分析 本题涉及到某项的系数、有理项及常数项,属典型的特定项问题,可以通过通项公式解决.
解 (1)该二项式的展开式的通项公式为:
[Tr+1=Crn(x)n-r12x4r=Crn12rx2n-3r4]
前三项的[r=0,1,2.] 得系数为:
[T1=1,T2=12C1n=12n,T3=14C2n=18n(n-1)],
由已知:[2T2=T1+T3, n=1+18n(n-1)],
∴[n=8].
通项公式为[Tr+1=Cr812rx16-3r4,r=0,1,2,…8,][Tr+1]为有理项,故[16-3r]是4的倍数,
∴[r=0,4,8.] 依次得有理项为
[T1=x4,T5=C48124x=358x,T9=C88128x-2=1256x-2.]
(2)[(1-x)3(1+x)10]展开式中的[x5]可以看成下列几种方式得到,然后合并同类项:
用[(1-x)3]展开式中的常数项乘以[(1+x)10]展开式中的[x5]项,可以得到[C510x5];用[(1-x)3]展开式中的[x1]项乘以[(1+x)10]展开式中的[x4]项可得到[(-3x)(C410x4)=-3C410x5];用[(1-x)3]中的[x2]乘以[(1+x)10]展开式中的[x3]可得到[3x2?C310x3=3C310x5];用 [(1-x)3]中的[x3]项乘以[(1+x)10]展开式中的[x2]项可得到[-3x3?C210x2=-C210x5],合并同类项得[x5]项为: [(C510-C410+3C310-C210)x5=-63x5].
(3)(法一)由[x+1x+2=x+1x2]得
[(x+1x+2)5=x+1x12].
由[x+1x12]展开式的通项公式[Tr+1=Cr12(2)12-r1xr=Cr12x6-r],可得展开式的常数项为[C612=924].
(法二)将[x+1x]整体看作一项得展开式的通项为[Tr+1=2rCr6(x+1x)6-r][(r=0,1,…,6)]当r=0,2,4,6时有常数项,依次再展开,合并同类项后得原二项式的常数项为[20C06C36+22C26C24+24C46C12+26=924].
点拨 二项式定理的考查以利用通项公式解决特定项问题居多,大多数难度不大;但也有形如(2)(3)这种多项式展开需要转化成二项式展开的问题. 解决此类问题的关键是:恰当运用因式分解、多项式乘法和合并同类项等代数运算技巧.
考点3 利用赋值思想解决系数和问题
例3 若[(3x-1)7=a7x7+a6x6+…+a1x+a0],
求(1)[a1+a2+…+a7];
(2)[a1+a3+a5+a7];
(3)[a0+a2+a4+a6].
分析 通过对等式中的字母赋恰当的值,往往会得到此类问题的结果. 经常取的值有0、1、-1等.
解 (1)令[f(x)=(3x-1)7],
当[x=0],则[f(0)=][a0=-1],
令[x=1], 则[f(1)=27=][a7+a6+…+a1+a0=128]. ①
∴[a1+a2+…+a7=f(1)-f(0)=129].
(2)令[x=-1],则
[f(-1)=-a7+a6-a5+a4-a3+a2-a1+a0=(-4)7]②
由[①-②2]得,
[a1+a3+a5+a7=12[128-(-4)7]=8256.]
(3)由[①+②2]得:
[a0+a2+a4+a6]
[=12[f(1)+f(-1)]][=12[128+(-4)7]=-8128].
点拨 (1)本题根据问题恒等式特点来用“特殊值”法求解. 这是一种重要的方法,它适用于恒等式的证明和代数式的求和. (2)一般地,对于多项式[f(x)=(q+px)n=ao+a1x+…+an-1xn-1+anxn,][f(x)]的各项的系数和为[f(1)];常数项[a0=f(0)];[f(x)]的奇数项的系数和为[12[f(1)+f(-1)]]. 偶数项的系数和为[12[f(1)-f(-1)]]. 赋值法不仅可以用来求二项展开式的系数和,对于展开式为多项式的代数式的系数和也能用此方法解决,如:[(1+x)5(1-2x)6]的展开式中各项的系数和仍然是令[x=1]得各项系数和为32.
考点4 利用二项展开式解决整除性问题
例4 (1)利用二项式定理证明:[32n+2-8n-9]是64的倍数;
(2)[230-3]除以[7]的余数 .
分析 (1)64是8的平方,问题相当于证明[32n+2-8n-9]是[82]的倍数,为了使问题向二项式定理贴近,变形[32n+2=9n+1=(8+1)n+1],将其展开后各项含有[8k],与[82]的倍数联系起来. (2)将[230]分解成含[7]的因数,然后用二项式定理展开,不含[7]的项就是余数.
解 (1)[32n+2-8n-9]
[=9n+1-8n-9=(8+1)n+1-8n-9]
[=8n+1+C1n+1?8n+…+Cn-1n+1?82+Cnn+1?8+1-8n-9]
[=8n+1+C1n+1?8n+…+Cn-1n+1?82+8(n+1)+1-8n-9]
[=8n+1+C1n+1?8n+…+Cn-1n+1?82]
[=(8n+1+C1n+1?8n-2+…+Cn-1n+1)?64]
上式是64的倍数,得证.
(2)[230-3][=(23)10-3][=(8)10-3][=(7+1)10-3]
[=C010710+C11079+…+C9107+C1010-3]
[=7×[C01079+C11078+…+C910]-2.]
又∵余数不能为负数,需转化为正数,
∴[230-3]除以[7]的余数为5.
点拨 证明整除性问题,或求余数问题. 关键是找准指数式中的底数和除数的联系,将指数式分拆成与除数有关联的两个数的和或差,再用二项式定理展开,要注意余数为非负数且不大于除数.
考点5 利用二项展开式证明组合恒等式或不等式问题
例5 (1)证明:[C0n+32C2n+34C4n+…+3nCnn][=2?4n-1][+2n-1]([n]为偶数,[n∈N*])
(2)求证:[3n>(n+2)?2n-1(n∈N*,n>2)]
分析 (1)注意分析等式左边式子的结构特征,刚好是某二项展开式的部分项,也要注意到3-1=2,3+1=4正好和指数式的底数吻合,从而构造[(1±3)n]展开. (2)思想同上.
解 (1)∵[n]为偶数,
∴[(1+3)n=C0n+3C1n+32C2n+…+3nCnn],
[(1-3)n=C0n-3C1n+32C2n-…+3nCnn].
两式相加得
[4n+2n=2(C0n+32C2n+34C4n+…+3nCnn)],
∴[C0n+32C2n+34C4n+…+3nCnn=2?4n-1+2n-1].
(2)[∵n∈N*且n>2],
∴[3n=(2+1)n]展开至少有四项,即
[3n=(2+1)n2n+n?2n-1+2n+1>2n+n?2n-1]
[=(n+2)?2n-1]得证.
点拨 构造函数展开式进行赋值法,构造问题双解法、拆项法、倒序相加法、放缩法等都是证明一些组合数恒等式(或求和)、不等式的常用方法.
1. 若[(x+1x)n]的展开式中第3项与第7项的系数的二项式系数相等,则该展开式中[1x2]的系数为 .
2. 已知[(x+3x3)n]展开式中,各项系数的和与其各项二项式系数的和之比为64,则[n]等于( )
A. 10 B. 5 C. 6 D. 7
3. 已知[(x+ax)(2x-1x)5]的展开式中各项系数和为2,则该展开式中的常数项( )
A. -40 B. -20 C. 20 D. 40
4. [(x2+2)(1x2-1)5]的展开式的常数项是( )
A. -3 B. -2 C. 2 D. 3
5. [(2+33)100]的展开式中有多少项是有理项的项数为( )
A. 16 B. 17 C. 18 D. 19
6. 设[(1+x)8=a0+a1x+…+a8x8],则[a0, a1, ][a2,…,a8]中奇数的个数为( )
A. 2 B. 3 C. 4 D. 5
1. 56 2. C 3. D 4. B 5. B 6. A