精编版高中数学 第一章 1.3.2“杨辉三角”与二项式系数的性质学案 新人教A版选修2-3
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1.3.2 “杨辉三角”与二项式系数的性质
学习目标 1.了解杨辉三角,会用杨辉三角求二项式乘方次数不大时的各项的二项式系数.2.理解二项式系数的性质并灵活运用.
知识点 “杨辉三角”与二项式系数的性质
(a +b )n
的展开式的二项式系数,当n 取正整数时可以表示成如下形式:
思考1 从上面的表示形式可以直观地看出什么规律?
答案 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. 思考2 计算每一行的系数和,你又能看出什么规律? 答案 2,4,8,16,32,64,…,其系数和为2n
. 思考3 二项式系数的最大值有何规律?
答案 当n =2,4,6时,中间一项最大,当n =3,5时中间两项最大. 梳理 (1)杨辉三角的特点
①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.
②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,即C k
n +1=C k -1
n +C k
n . (2)二项式系数的性质
1.杨辉三角的每一斜行数字的差成一个等差数列.( ×)
2.二项式展开式的二项式系数和为C1n+C2n+…+C n n.( ×)
3.二项式展开式中系数最大项与二项式系数最大项相同.( ×)
类型一与杨辉三角有关的问题
例1 (1)杨辉三角如图所示,杨辉三角中的第5行除去两端数字1以外,均能被5整除,则具有类似性质的行是( )
A.第6行 B.第7行 C.第8行 D.第9行
(2)如图,在杨辉三角中,斜线AB上方箭头所示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S(n),则S(16)等于( )
A.144 B.146 C.164 D.461
考点二项式系数的性质
题点与杨辉三角有关的问题
答案(1)B (2)C
解析(1)由题意,第6行为1,6,15,20,15,6,1,第7行为1,7,21,35,35,21,7,1,故第7行除去两端数字1以外,均能被7整除.
(2)由题干图知,数列中的首项是C22,第2项是C12,第3项是C23,第4项是C13,…,第15项是C29,第16项是C19,所以S(16)=C12+C22+C13+C23+…+C19+C29=(C12+C13+…+C19)+(C22+C23+…+C29)
=(C22+C12+C13+…+C19-C22)+(C33+C23+…+C29)
=C210+C310-1=164.
反思与感悟解决与杨辉三角有关的问题的一般思路
跟踪训练1 如图所示,在由二项式系数所构成的杨辉三角中,第________行中从左至右的第14个数与第15个数的比为2∶3.
考点二项式系数的性质
题点与杨辉三角有关的问题
答案34
解析由题意设第n行的第14个数与第15个数的比为2∶3,它等于二项展开式的第14项
和第15项的二项式系数的比,所以C13n∶C14n=2∶3,即14
n-13=
2
3
,解得n=34,所以在第34
行中,从左至右第14个数与第15个数的比是2∶3.
类型二二项式系数和问题
例2 已知(2x-1)5=a0x5+a1x4+a2x3+a3x2+a4x+a5.
求下列各式的值:
(1)a0+a1+a2+…+a5;
(2)|a0|+|a1|+|a2|+…+|a5|;
(3)a1+a3+a5.
考点展开式中系数的和问题
题点二项展开式中系数的和问题
解(1)令x=1,得a0+a1+a2+…+a5=1.
(2)令x=-1,得-35=-a0+a1-a2+a3-a4+a5.
由(2x-1)5的通项T k+1=C k5(-1)k·25-k·x5-k知a1,a3,a5为负值,
所|a 0|+|a 1|+|a 2|+…+|a 5| =a 0-a 1+a 2-a 3+a 4-a 5=35
=243. (3)由a 0+a 1+a 2+…+a 5=1, -a 0+a 1-a 2+…+a 5=-35, 得2(a 1+a 3+a 5)=1-35
. 所以a 1+a 3+a 5=1-3
52=-121.
引申探究
在本例条件下,求下列各式的值: (1)a 0+a 2+a 4; (2)a 1+a 2+a 3+a 4+a 5; (3)5a 0+4a 1+3a 2+2a 3+a 4.
解 (1)因为a 0+a 1+a 2+…+a 5=1, -a 0+a 1-a 2+…+a 5=-35
. 所以a 0+a 2+a 4=1+3
5
2
=122.
(2)因为a 0是(2x -1)5
展开式中x 5
的系数, 所以a 0=25
=32.
又a 0+a 1+a 2+…+a 5=1, 所以a 1+a 2+a 3+a 4+a 5=-31.
(3)因为(2x -1)5
=a 0x 5
+a 1x 4
+a 2x 3
+a 3x 2
+a 4x +a 5.
所以两边求导数得10(2x -1)4
=5a 0x 4
+4a 1x 3
+3a 2x 2
+2a 3x +a 4. 令x =1得5a 0+4a 1+3a 2+2a 3+a 4=10. 反思与感悟 二项展开式中系数和的求法
(1)对形如(ax +b )n ,(ax 2+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 *
)的式子求其展开式各项系数之和,只需令x =y =1即可.
(2)一般地,若f (x )=a 0+a 1x +a 2x 2
+…+a n x n
,则f (x )展开式中各项系数之和为f (1), 奇数项系数之和为a 0+a 2+a 4+…=f (1)+f (-1)
2, 偶数项系数之和为a 1+a 3+a 5+…=
f (1)-f (-1)
2
.
跟踪训练2 在二项式(2x -3y )9
的展开式中,求: (1)二项式系数之和; (2)各项系数之和;
(3)所有奇数项系数之和. 考点 展开式中系数的和问题 题点 二项展开式中系数的和问题
解 设(2x -3y )9
=a 0x 9
+a 1x 8
y +a 2x 7y 2
+…+a 9y 9
. (1)二项式系数之和为C 0
9+C 1
9+C 2
9+…+C 9
9=29
. (2)各项系数之和为a 0+a 1+a 2+…+a 9, 令x =1,y =1,
所以a 0+a 1+a 2+…+a 9=(2-3)9
=-1. (3)令x =1,y =-1,可得
a 0-a 1+a 2-…-a 9=59,
又a 0+a 1+a 2+…+a 9=-1,
将两式相加可得a 0+a 2+a 4+a 6+a 8=59
-1
2,
即所有奇数项系数之和为59
-1
2.
类型三 二项式系数性质的应用
例3 已知f (x )=(3
x 2
+3x 2)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. 考点 展开式中系数最大(小)的项问题 题点 求展开式中系数最大(小)的项
解 令x =1,则二项式各项系数的和为f (1)=(1+3)n =4n
,又展开式中各项的二项式系数之和为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的两项,它们分别为T 3=C 2
5
323x ⎛⎫ ⎪⎝⎭·(3x 2)2=90x 6,T 4=C 352
23x ⎛⎫ ⎪⎝⎭
·(3x 2)3=27022
3
x . (2)展开式的通项公式为T k +1=C k 5·3k
·2
(52)3
k x +,
假设T k +1项系数最大,
则有⎩
⎪⎨⎪⎧
C k 53k
≥C k -153k -1
,C k 53k ≥C k +153k +1
,
∴⎩⎪⎨⎪⎧
5!(5-k )!k !×3≥5!
(6-k )!(k -1)!,
5!(5-k )!k !≥5!
(4-k )!(k +1)!×3,
即⎩⎪⎨⎪⎧
3k ≥1
6-k ,15-k ≥3
k +1,
∴72≤k ≤9
2
,∵k ∈N ,∴k =4, ∴展开式中系数最大的项为T 5=C 4
5
23x (3x 2)4
=405263
x
.
反思与感悟 (1)二项式系数的最大项的求法
求二项式系数的最大项,根据二项式系数的性质对(a +b )n
中的n 进行讨论. ①当n 为奇数时,中间两项的二项式系数最大. ②当n 为偶数时,中间一项的二项式系数最大. (2)展开式中系数的最大项的求法
求展开式中系数的最大项与求二项式系数最大项是不同的,需要根据各项系数的正、负变化情况进行分析.如求(a +bx )n
(a ,b ∈R )的展开式中系数的最大项,一般采用待定系数法.设
展开式中各项系数分别为A 0,A 1,A 2,…,A n ,且第k +1项最大,应用⎩⎪⎨
⎪⎧
A k ≥A k -1,
A k ≥A k +1,
解出k ,
即得出系数的最大项.
跟踪训练3 写出(x -y )11
的展开式中: (1)二项式系数最大的项; (2)项的系数绝对值最大的项; (3)项的系数最大的项和系数最小的项; (4)二项式系数的和; (5)各项系数的和.
考点 展开式中系数的和问题 题点 二项展开式中系数的和问题 解 (1)二项式系数最大的项为中间两项:
T 6=-C 511x 6y 5,T 7=C 611x 5y 6
.
(2)(x -y )11
展开式的通项为
T k +1=C k 11x
11-k (-y )k =C k 11(-1)k x 11-k y k , ∴项的系数的绝对值为|C k 11·(-1)k |=C k
11,
∴项的系数的绝对值等于该项的二项式系数,其最大的项也是中间两项,T 6=-C 5
11x 6y 5
,T 7=C 6
11x 5y 6
.
(3)由(2)知中间两项系数绝对值相等, 又∵第6项系数为负,第7项系数为正,
故项的系数最大的项为T 7=C 6
11x 5y 6
,项的系数最小的项为T 6=-C 5
11x 6y 5
. (4)展开式中,二项式系数的和为C 0
11+C 1
11+C 2
11+…+C 11
11=211
.
(5)令x =y =1,得展开式中各项的系数和为C 0
11-C 1
11+C 2
11-…-C 11
11=(1-1)11
=0.
1.观察图中的数所成的规律,则a 所表示的数是( )
A .8
B .6
C .4
D .2 考点 二项式系数的性质 题点 与杨辉三角有关的问题 答案 B
解析 由题图知,下一行的数是其肩上两数的和,所以4+a =10,得a =6. 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
考点 展开式中系数最大(小)的项问题 题点 求展开式中二项式系数最大(小)的项 答案 C
解析 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⎝
⎛⎭
⎪⎫2n +1-12+1项,第
⎝ ⎛⎭
⎪⎫2n +1+12+1项,即第n +1项与第n +2项,故选C.
3.已知⎝
⎛⎭⎪⎪⎫
x +33x 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 .4 B .5 C .6
D .7
考点 二项式系数的性质 题点 二项式系数与项的系数问题
答案 C
解析 令x =1,各项系数和为4n
,二项式系数和为2n
,故有4
n
2
n =64,所以n =6.
4.设(-3+2x )4=a 0+a 1x +a 2x 2+a 3x 3+a 4x 4
,则a 0+a 1+a 2+a 3的值为________. 考点 展开式中系数的和问题 题点 二项展开式中系数的和问题 答案 -15
解析 令x =1,得a 0+a 1+a 2+a 3+a 4=1.① 又T k +1=C k
4(-3)
4-k
(2x )k
,
∴当k =4时,x 4
的系数a 4=16.② 由①-②得a 0+a 1+a 2+a 3=-15.
5.已知⎝ ⎛⎭
⎪⎫14+2x n
的展开式中前三项的二项式系数的和等于37,则展开式中二项式系数最大
的项的系数为________. 考点 展开式中系数的和问题 题点 多项展开式中系数的和问题 答案
358
解析 由C 0n +C 1n +C 2
n =37,得1+n +12n (n -1)=37,解得n =8(负值舍去),则第5项的二项
式系数最大,T 5=C 48×144×(2x )4
=358x 4,该项的系数为358
.
1.二项式系数的性质可从杨辉三角中直观地看出.
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 }.
一、选择题
1.如图是与杨辉三角有类似性质的三角形数垒,a ,b 是某行的前两个数,当a =7时,b 等于( )
A .20
B .21
C .22
D .23 考点 二项式系数的性质 题点 与杨辉三角有关的问题 答案 C
解析 根据观察可知,每一行除开始和末尾的数外,中间的数分别是上一行相邻两个数的和,当a =7时,上面一行的第一个数为6,第二个数为16,所以b =6+16=22.
2.若⎝
⎛⎭
⎪⎫x 3+1x 2n (n ∈N *
)的展开式中只有第6项系数最大,则该展开式中的常数项为( )
A .210
B .252
C .462
D .10
考点 二项展开式中的特定项问题 题点 求二项展开式的特定项 答案 A
解析 由于展开式中只有第6项的系数最大,且其系数等于其二项式系数,所以展开式项数为11,从而n =10,于是得其常数项为C 6
10=210.
3.已知关于x 的二项式⎝
⎛⎭⎪⎪⎫
x +a 3x n 展开式的二项系数之和为32,常数项为80,则a 的值为( )
A .1
B .±1 C.2 D .±2 考点 展开式中系数的和问题 题点 二项展开式中系数的和问题 答案 C
解析 由条件知2n
=32,即n =5,在通项公式T k +1=C k
5(x )5-k
⎝ ⎛⎭
⎪⎪⎫
a 3x k =C k 5a k
1556k x -中,令15-
5k =0,得k =3.所以C 35a 3
=80,解得a =2.
4.(x -1)11
的展开式中,x 的奇次幂的系数之和是( ) A .2 048 B .-1 023 C .-1 024 D .1 024 考点 展开式中系数的和问题 题点 二项展开式中系数的和问题 答案 D
解析 (x -1)11=a 0x 11+a 1x 10+a 2x 9
+…+a 11, 令x =-1,则-a 0+a 1-a 2+…+a 11=-211
,① 令x =1,则a 0+a 1+a 2+…+a 11=0,② ②-①2
=a 0+a 2+a 4+…+a 10=210
=1 024. 5.若x 10
=a 0+a 1(x -1)+a 2(x -1)2
+…+a 10(x -1)10
,则a 8的值为( ) A .10 B .45 C .-9 D .-45
考点 二项式定理
题点 逆用二项式定理求和、化简 答案 B
解析 x 10
=[1+(x -1)]10
=a 0+a 1(x -1)+a 2(x -1)2
+…+a 10(x -1)10
,∴a 8=C 8
10=C 2
10=45. 6.设⎝
⎛⎭
⎪⎫5x -
1x n
的展开式的各项系数和为M ,二项式系数和为N ,若M -N =240,则展开式中
x 的系数为( )
A .-150
B .150
C .300
D .-300 考点 二项展开式中的特定项问题 题点 求二项展开式特定项的系数 答案 B
解析 由已知条件4n -2n
=240,解得n =4,
T k +1=C k
4(5x )4-k
·⎝
⎛⎭⎪⎫-1x k =(-1)k 54-k C k
4342k x -,
令4-3k
2
=1,得k =2,
所以展开式中x 的系数为(-1)2
×52C 2
4=150.
7.已知(2x -1)n 二项展开式中,奇次项系数的和比偶次项系数的和小38,则C 1n +C 2n +C 3
n +…+C n
n 的值为( ) A .28
B .28
-1 C .27
D .27
-1
考点 展开式中系数的和问题 题点 二项展开式中系数的和问题 答案 B
解析 设(2x -1)n =a 0+a 1x +a 2x 2+…+a n x n
,且奇次项的系数和为A ,偶次项的系数和为B . 则A =a 1+a 3+a 5+…,B =a 0+a 2+a 4+a 6+…. 由已知可知,B -A =38
.令x =-1,
得,a 0-a 1+a 2-a 3+…+a n (-1)n =(-3)n ,
即(a 0+a 2+a 4+a 6+…)-(a 1+a 3+a 5+a 7+…)=(-3)n ,
即B -A =(-3)n .∴(-3)n =38=(-3)8,∴n =8.
由二项式系数性质可得,
C 1n +C 2n +C 3n +…+C n n =2n -C 0n =28-1.
8.关于下列(a -b )10的说法,错误的是( )
A .展开式中的二项式系数之和是1 024
B .展开式的第6项的二项式系数最大
C .展开式的第5项或第7项的二项式系数最大
D .展开式中第6项的系数最小
考点 二项式系数的性质
题点 二项式系数与项的系数问题
答案 C
解析 由二项式系数的性质知C 010+C 110+C 210+…+C 1010=210=1 024,故A 正确.二项式系数最大的项为C 510,是展开式的第6项,故B 正确.由展开式的通项为T k +1=C k 10a 10-k (-b )k =(-1)k C k 10a 10-k b k 知,第6项的系数-C 5
10最小,故D 正确.
二、填空题
9.已知(1+x )10=a 1+a 2x +a 3x 2+…+a 11x 10
,若数列a 1,a 2,a 3,…,a k (1≤k ≤11,k ∈Z )是一个单调递增数列,则k 的最大值是________.
考点 二项式系数的性质
题点 利用二项式系数的性质进行计算
答案 6
解析 (1+x )n 展开式的各项系数为其二项式系数,当n =10时,展开式的中间项第六项的二项式系数最大,故k 的最大值为6. 10.在⎝ ⎛⎭⎪⎫1x +3
1x 3n 的展开式中,所有奇数项系数之和为1 024,则中间项系数是________. 考点 二项展开式中的特定项问题
题点 求二项展开式特定项的系数
答案 462
解析 ∵二项式的展开式中所有项的二项式系数和为2n ,而所有偶数项的二项式系数和与所有奇数项的二项式系数和相等,故由题意得2
n -1=1 024,∴n =11,∴展开式共12项,中间项为第六项、第七项,其系数为C 511=C 611=462.
11.若x 4(x +3)8=a 0+a 1(x +2)+a 2(x +2)2+…+a 12(x +2)12
,则log 2(a 1+a 3+…+a 11)=_____.
考点 展开式中系数的和问题
题点 二项展开式中系数的和问题
答案 7
解析 令x =-1,∴28=a 0+a 1+a 2+…+a 11+a 12.
令x =-3,∴0=a 0-a 1+a 2-…-a 11+a 12,
∴28=2(a 1+a 3+…+a 11),∴a 1+a 3+…+a 11=27,
∴log 2(a 1+a 3+…+a 11)=log 227=7.
三、解答题
12.设(2-3x )100=a 0+a 1x +a 2x 2+…+a 100·x 100,求下列各式的值.
(1)求a 0;
(2)a 1+a 2+a 3+a 4+…+a 100;
(3)a 1+a 3+a 5+…+a 99;
(4)(a 0+a 2+…+a 100)2-(a 1+a 3+…+a 99)2;
(5)|a 0|+|a 1|+…+|a 100|.
考点 展开式中系数的和问题
题点 二项展开式中系数的和问题
解 (1)令x =0,则展开式为a 0=2100.
(2)令x =1,
可得a 0+a 1+a 2+…+a 100=(2-3)100,①
所以a 1+a 2+…+a 100=(2-3)100-2100.
(3)令x =-1,
可得a 0-a 1+a 2-a 3+…+a 100=(2+3)100.②
与①式联立相减得
a 1+a 3+…+a 99=(2-3)100-(2+3)1002
. (4)由①②可得,(a 0+a 2+…+a 100)2-(a 1+a 3+…+a 99)2=(a 0+a 1+a 2+…+a 100)(a 0-a 1+a 2-…+a 100)=(2-3)100·(2+3)100=1.
(5)|a 0|+|a 1|+…+|a 100|,即(2+3x )100的展开式中各项系数的和,在(2+3x )
100的展开式中,令x =1,可得各项系数的和为(2+3)100.
13.已知⎝ ⎛⎭⎪⎫x +m x n
展开式的二项式系数之和为256. (1)求n ;
(2)若展开式中常数项为358
,求m 的值;
(3)若(x +m )n 展开式中系数最大项只有第6项和第7项,求m 的取值情况.
考点 二项展开式中的特定项问题
题点 由特定项或特定项的系数求参数
解 (1)二项式系数之和为2n
=256,可得n =8.
(2)设常数项为第k +1项,则
T k +1=C k 8x 8-k ⎝ ⎛⎭⎪⎫m x k =C k
8m k x 8-2k , 故8-2k =0,即k =4,则C 48m 4=358,解得m =±12
. (3)易知m >0,设第k +1项系数最大.
则⎩⎪⎨⎪⎧ C k 8m k ≥C k -18m k -1,C k 8m k ≥C k +18m k +1,化简可得8m -1m +1≤k ≤9m m +1
. 由于只有第6项和第7项系数最大,
所以⎩⎪⎨⎪⎧ 4<8m -1m +1≤5,
6≤9m m +1<7,
即⎩⎪⎨⎪⎧ 54<m ≤2,2≤m <72. 所以m 只能等于2.
四、探究与拓展
14.设(3x -2)6=a 0+a 1(2x -1)+a 2(2x -1)2+…+a 6(2x -1)6,则
a 1+a 3+a 5a 0+a 2+a 4+a 6=________. 考点 展开式中系数的和问题
题点 二项展开式中系数的和问题
答案 -6365
解析 令x =1,得a 0+a 1+a 2+…+a 6=1,令x =0,得a 0-a 1+a 2-…+a 6=64,两式相减得2(a 1+a 3+a 5)=-63,两式相加得2(a 0+a 2+a 4+a 6)=65,故a 1+a 3+a 5a 0+a 2+a 4+a 6=-6365
. 15.已知(3x +x 2)2n 的展开式的系数和比(3x -1)n 的展开式的系数和大992,求⎝ ⎛⎭
⎪⎫2x -1x 2n 的展开式中:
(1)二项式系数最大的项;
(2)系数的绝对值最大的项.
考点 展开式中系数最大(小)的项问题
题点 求展开式中系数最大(小)的项
解 由题意得22n -2n
=992,解得n =5.
(1)⎝ ⎛⎭⎪⎫2x -1x 10
的展开式中第6项的二项式系数最大, 即T 6=C 510·(2x )5·⎝ ⎛⎭⎪⎫-1x 5
=-8 064.
(2)设第k +1项的系数的绝对值最大, 则T k +1=C k
10·(2x )10-k ·⎝ ⎛⎭⎪⎫-1x k
=(-1)k ·C k 10·210-k
·x 10-2k .
∴⎩⎪⎨⎪⎧ C k 10·210-k ≥C k -110·210-k +1
,
C k 10·210-k ≥C k +110·210-k -1
,得⎩⎪⎨⎪⎧ C k 10≥2C k -110,
2C k 10≥C k +1
10,
即⎩⎪⎨⎪⎧ 11-k ≥2k ,2(k +1)≥10-k .
∴83≤k ≤113,k ∈N ,∴k =3,
故系数的绝对值最大的是第4项 T 4=(-1)3C 310·27·x 4=-15 360x 4.。