2020版高考数学新增分大一轮江苏专用讲义+习题:第十一章 计数原理、随机变量及其概率分布 11.3
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
§11.3 二项式定理
考情考向分析 以理解和应用二项式定理为主,常考查二项展开式,通项公式以及二项式系数的性质,赋值法求系数的和也是考查的热点;本节内容在高考中以解答题的形式进行考查,难度中档.
1.二项式定理
二项式定理 (a +b )n =C 0n a n +C 1n a n -1b 1+…+C r n a n -
r b r +…+C n n
b n (n ∈N *) 二项展开式的通项公式
T r +1=C r n a
n -
r b r
,它表示第r +1项 二项式系数
二项展开式中各项的系数C r n (r ∈{0,1,2,…,n })
2.二项式系数的性质
(1)C 0n =1,C n n =1. C m n +1=C m -
1n +C m n . (2)C m n =C n -m n .
(3)当n 是偶数时,1
2n T +项的二项式系数最大;当n 是奇数时,12
n T +与11
2n T ++项的二项式系数
相等且最大.
(4)(a +b )n 展开式的二项式系数和:C 0n +C 1n +C 2
n +…+C n n =2n .
概念方法微思考
1.(a +b )n 与(b +a )n 的展开式有何区别与联系?
提示 (a +b )n 的展开式与(b +a )n 的展开式的项完全相同,但对应的项不相同而且两个展开式的通项不同.
2.二项展开式形式上有什么特点? 提示 二项展开式形式上的特点 (1)项数为n +1.
(2)各项的次数都等于二项式的幂指数n ,即a 与b 的指数的和为n .
(3)字母a 按降幂排列,从第一项开始,次数由n 逐项减1直到零;字母b 按升幂排列,从第一项起,次数由零逐项增1直到n .
(4)二项式的系数从C0n,C1n,一直到C n-1
n
,C n n.
3.二项展开式中二项式系数最大时该项的系数就最大吗?
提示不一定最大,当二项式中a,b的系数为1时,此时二项式系数等于项的系数,否则不一定.
题组一思考辨析
1.判断下列结论是否正确(请在括号中打“√”或“×”)
(1)C r n a n-r b r是二项展开式的第r项.(×)
(2)二项展开式中,系数最大的项为中间一项或中间两项.(×)
(3)(a+b)n的展开式中某一项的二项式系数与a,b无关.(√)
(4)(a-b)n的展开式第r+1项的系数为C r n a n-r b r.(×)
(5)(x-1)n的展开式二项式系数和为-2n.(×)
题组二教材改编
2.[P32练习T2](x-2y)7的展开式中,第4项的二项式系数为________
答案35
解析第4项的二项式系数为C37=35.
3.[P32练习T5]在(x-2)4的展开式中,x的系数为________.
答案24
解析由题意可知T r+1=C r4(x)4-r(-2)r=
4
2
4
(2)
r
r r
C x
-
-,令4-r
2=1解得r=2,
所以展开式中x的系数为C24· (-2)2=24.
4.[P35练习T4]已知C0n+2C1n+22C2n+23C3n+…+2n C n n=729,则C1n+C2n+C3n+…+C n n=_____.答案63
解析逆用二项式定理得C0n+2C1n+22C2n+23C3n+…+2n C n n=(1+2)n=3n=729,即3n=36,所以n=6,所以C1n+C2n+C3n+…+C n n=26-C0n=64-1=63.
题组三易错自纠
5.(x-y)n的二项展开式中,第m项的系数是________.
答案(-1)m-1C m-1
n
解析(x-y)n二项展开式第m项的通项公式为
T m=C m-1
n
(-y)m-1x n-m+1,
所以系数为C m-1
n
(-1)m-1.
6.已知(x+1)10=a1+a2x+a3x2+…+a11x10.若数列a1,a2,a3,…,a k(1≤k≤11,k∈N*)是一个单调递增数列,则k的最大值是________.
答案 6
解析 由二项式定理知,a n =C n -
1
10(n =1,2,3,…,11).
又(x +1)10展开式中二项式系数最大项是第6项, 所以a 6=C 510,则k 的最大值为6.
7.(x y -y x )4的展开式中,x 3y 3项的系数为________. 答案 6
解析 二项展开式的通项是T r +1=C r 4(x y )
4-r
· (-y x )r =422
2
4
(1)r r r
r
C x
y
-
+
-,令4-r 2=2+r
2
=
3,解得r =2,故展开式中x 3y 3的系数为(-1)2C 24=6.
题型一 二项展开式 命题点1 求指定项(或系数) 例1 (1)⎝
⎛⎭
⎫x +
12x 8
的展开式中常数项为________. 答案
358
解析 展开式的通项为T r +1=C r 8(x )8-r ⎝⎛⎭⎫12x r
=C r 8
×⎝⎛⎭⎫12r ×x 4-r
, 令4-r =0,则r =4, ∴⎝
⎛⎭
⎫x +
12x 8的展开式中常数项为T 5=C 48· 124=358.
(2)在(x 2-4)5的展开式中,含x 6的项为________. 答案 160x 6
解析 因为(x 2-4)5的展开式的第r +1项的通项公式为T r +1=C r 5(x 2)5-
r (-4)r =(-4)r C r 5x 10-2r
,
令10-2r =6,得r =2,所以含x 6的项为T 3=(-4)2· C 25x 6=160x 6
.
(3)(x 2+x +y )4的展开式中,x 3y 2的系数是________. 答案 12
解析 方法一 (x 2+x +y )4=[(x 2+x )+y ]4,
其展开式的第r +1项的通项公式为T r +1=C r 4(x 2+x )
4-
r y r , 因为要求x 3y 2的系数,所以r =2,
所以T 3=C 24(x 2+x )
4-
2y 2=6(x 2+x )2y 2.
因为(x 2+x )2的展开式中x 3的系数为2, 所以x 3y 2的系数是6×2=12.
方法二 (x 2+x +y )4表示4个因式x 2+x +y 的乘积,
在这4个因式中,有2个因式选y ,其余的2个因式中有一个选x ,剩下的一个选x 2,即可得到含x 3y 2的项,
故x 3y 2的系数是C 24· C 12· C 1
1=12.
命题点2 求参数
例2 (1)(2018·江苏省无锡市江阴四校期中)⎝
⎛⎭
⎫ax -
1x 8
的展开式中x 2的系数为70,则a =______. 答案 ±1
解析 ⎝
⎛⎭⎫ax -1x 8的展开式的通项公式为T r +1=38828(1)r
r r r C a x --⋅-⋅⋅,
令8-3r 2=2,求得r =4,故x 2的系数为C 48·a 4
=70, 则a =±1.
(2)(2018·苏州调研)若(x 2-a )⎝⎛⎭⎫x +1
x 10的展开式中x 6的系数为30,则a =________. 答案 2
解析 由题意得⎝⎛⎭⎫x +1x 10的展开式的通项公式是T r +1=C r 10·x 10-r ·⎝⎛⎭⎫1x r =C r 10
x 10-2r ,⎝⎛⎭⎫x +1x 10的展
开式中含x 4(当r =3时),x 6(当r =2时)项的系数分别为C 310,C 210,因此由题意得C 310-a C 2
10=
120-45a =30,由此解得a =2.
思维升华 求二项展开式中的特定项,一般是化简通项公式后,令字母的指数符合要求(求常数项时,指数为零;求有理项时,指数为整数等),解出项数k +1,代回通项公式即可. 跟踪训练1 (1)(x +y )(2x -y )5的展开式中x 3y 3的系数为________.(用数字填写答案) 答案 40
解析 因为x 3y 3=x ·(x 2y 3),其系数为-C 35·22=-40, x 3y 3=y ·(x 3y 2),其系数为C 25·23=80.
所以x 3y 3的系数为80-40=40.
(2)(x +a )10的展开式中,x 7项的系数为15,则a =______.(用数字填写答案) 答案 12
解析 通项为T r +1=C r 10x 10-
r a r ,令10-r =7, 得r =3,∴x 7项的系数为C 310a 3
=15,
∴a 3=18,∴a =12.
题型二 二项式系数的和与各项的系数和问题
例3 (1)(a +x )(1+x )4的展开式中x 的奇数次幂项的系数之和为32,则a =____. 答案 3
解析 设(a +x )(1+x )4=a 0+a 1x +a 2x 2+a 3x 3+a 4x 4+a 5x 5, 令x =1,得16(a +1)=a 0+a 1+a 2+a 3+a 4+a 5,① 令x =-1,得0=a 0-a 1+a 2-a 3+a 4-a 5.② ①-②,得16(a +1)=2(a 1+a 3+a 5),
即展开式中x 的奇数次幂项的系数之和为a 1+a 3+a 5=8(a +1),所以8(a +1)=32,解得a =3. (2)(2018·苏州质检)若(x +2+m )9=a 0+a 1(x +1)+a 2(x +1)2+…+a 9(x +1)9,且(a 0+a 2+…+a 8)2-(a 1+a 3+…+a 9)2=39,则实数m 的值为________. 答案 1或-3
解析 令x =0,则(2+m )9=a 0+a 1+a 2+…+a 9, 令x =-2,则m 9=a 0-a 1+a 2-a 3+…-a 9, 又(a 0+a 2+…+a 8)2-(a 1+a 3+…+a 9)2
=(a 0+a 1+a 2+…+a 9)(a 0-a 1+a 2-a 3+…+a 8-a 9)=39, ∴(2+m )9·m 9=39,∴m (2+m )=3, ∴m =-3或m =1.
(3)(2018·南通模拟)若⎝⎛⎭⎫x 2-1
x n 的展开式中含x 的项为第6项,设(1-3x )n =a 0+a 1x +a 2x 2+…+a n x n ,则a 1+a 2+…+a n 的值为________. 答案 255
解析 ⎝⎛⎭⎫x 2-1
x n 展开式的第r +1项为 T r +1=C r n (x 2)n -r ·⎝⎛⎭
⎫-1x r =C r n (-1)r x
2n
-3r
,
当r =5时,2n -3r =1,∴n =8. 对(1-3x )8=a 0+a 1x +a 2x 2+…+a 8x 8, 令x =1,得a 0+a 1+…+a 8=28=256. 又当x =0时,a 0=1, ∴a 1+a 2+…+a 8=255.
思维升华 (1)“赋值法”普遍适用于恒等式,对形如(ax +b )n ,(ax 2+bx +c )m (a ,b ,c ∈R )的式子求其展开式的各项系数之和,常用赋值法.
(2)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 已知(1-2x )7=a 0+a 1x +a 2x 2+…+a 7x 7. 求:(1)a 1+a 2+…+a 7; (2)a 1+a 3+a 5+a 7; (3)a 0+a 2+a 4+a 6; (4)|a 0|+|a 1|+|a 2|+…+|a 7|.
解 令x =1,则a 0+a 1+a 2+a 3+a 4+a 5+a 6+a 7=-1.① 令x =-1,则a 0-a 1+a 2-a 3+a 4-a 5+a 6-a 7=37.② (1)∵a 0=C 07=1,∴a 1+a 2+a 3+…+a 7=-2. (2)(①-②)÷2,
得a 1+a 3+a 5+a 7=-1-372=-1 094.
(3)(①+②)÷2,
得a 0+a 2+a 4+a 6=-1+37
2
=1 093.
(4)方法一 ∵(1-2x )7展开式中,a 0,a 2,a 4,a 6大于零,而a 1,a 3,a 5,a 7小于零, ∴|a 0|+|a 1|+|a 2|+…+|a 7|=(a 0+a 2+a 4+a 6)-(a 1+a 3+a 5+a 7)=1 093-(-1 094)=2 187. 方法二 |a 0|+|a 1|+|a 2|+…+|a 7|即为(1+2x )7展开式中各项的系数和,令x =1, ∴|a 0|+|a 1|+|a 2|+…+|a 7|=37=2 187. 题型三 二项式定理的应用
例4 (1)设a ∈Z 且0≤a <13,若512 012+a 能被13整除,则a =________. 答案 12
解析 512 012+a =(52-1)2 012+a =C 02 012·522 012-C 12 012·522 011+…+C 2 0112 012·52·(-1)2 011+C 2 0122 012
·(-1)2 012+a , ∵C 02 012·522 012-C 12 012·522 011+…+C 2 0112 012·52·(-1)2 011能被13整除且512 012+a 能被13整除, ∴C 2 0122 012·(-1)
2 012+a =1+a 也能被13整除, ∴a 的值为12.
(2)设复数x =2i 1-i (i 是虚数单位),则C 12 019x +C 22 019x 2+C 32 019x 3+…+C 2 0192 019x 2 019=________. 答案 -1-i
解析 x =2i
1-i =2i (1+i )(1-i )(1+i )
=-1+i ,
C 12 019x +C 22 019x 2+C 32 019x 3+…+C 2 0192 019x
2 019 =(1+x )2 019-1=i 2 019-1=-i -1. 思维升华 (1)逆用二项式定理的关键
根据所给式子的特点结合二项展开式的要求,使之具备二项式定理右边的结构,然后逆用二
项式定理求解.
(2)利用二项式定理解决整除问题的思路 ①观察除式与被除式间的关系; ②将被除式拆成二项式; ③结合二项式定理得出结论.
跟踪训练3 (1)(2018·宿迁模拟)1-90C 110+902C 210-903C 310+…+(-1)k 90k C k 10+…+9010C 10
10除
以88的余数是________. 答案 1
解析 1-90C 110+902C 210-903C 310+…+(-1)k 90k C k 10+…+9010C 1010=(1-90)10=8910=(88+1)10=8810+C 110889+…+C 910
88+1, ∵前10项均能被88整除,∴余数是1.
(2)若(1-2x )2 018=a 0+a 1x +a 2x 2+…+a 2 018x 2 018,则a 12+a 222+…+a 2 018
22 018=________.
答案 -1
解析 当x =0时,左边=1,右边=a 0,∴a 0=1. 当x =12时,左边=0,右边=a 0+a 12+a 222+…+a 2 018
22 018,
∴0=1+a 12+a 222+…+a 2 018
22 018,
即a 12+a 222+…+a 2 018
2
2 018=-1.
1.在⎝⎛⎭⎫x 2-2
x 6的展开式中,常数项为________. 答案 240
解析 ⎝⎛⎭⎫x 2-2x 6的展开式的通项公式为T r +1=C r 6(x 2)6-r ⎝⎛⎭⎫-2x r =(-2)r C r 6
x 12-3r ,令12-3r =0,得r =4,故常数项为T 5=(-2)4C 46=240.
2.(2018·苏州联考)⎝⎛⎭⎫2x -1
x 5的展开式中x 3项的系数为________. 答案 -80
解析 ⎝⎛⎭⎫2x -1x 5的展开式的通项公式为T r +1=C r 5(2x )5-r · ⎝⎛⎭⎫-1x r =(-1)r ·25-r · C r 5
·x 5-2r ,令5-2r =3,得r =1.于是展开式中x 3项的系数为(-1)·25-
1· C 15=-80. 3.(x +y )(2x -y )6的展开式中x 4y 3的系数为________.
答案 80
解析 (2x -y )6的展开式的通项公式为T r +1=C r 6(2x )
6-
r
(-y )r ,当r =2时,T 3=240x 4y 2,当r =3时,T 4=-160x 3y 3,故x 4y 3的系数为240-160=80.
4.(1+3x )n 的展开式中x 5与x 6的系数相等,则x 4的二项式系数为________. 答案 35
解析 ∵T r +1=C r n (3x )r =3r C r n x r ,由已知得35C 5n =36C 6n ,即C 5n =3C 6n ,∴n =7,∴x 4的二项式
系数为C 47=35.
5.(4x -2-
x )6(x ∈R )展开式中的常数项是________. 答案 15
解析 设展开式中的常数项是第r +1项,则T r +1=C r 6·(4x )6-
r ·(-2-
x )r =C r 6·(-1)r ·212x -2rx
·2
-rx
=C r 6·(-1)r ·2
12x -3rx
,
∵12x -3rx =0恒成立,∴r =4,
∴T 5=C 46·(-1)4=15.
6.若在(x +1)4(ax -1)的展开式中,x 4项的系数为15,则a 的值为________. 答案 4
解析 ∵(x +1)4(ax -1)=(x 4+4x 3+6x 2+4x +1)(ax -1),∴x 4项的系数为4a -1=15,∴a =4. 7.若二项式⎝⎛⎭⎫x 2+a
x 7的展开式中的各项系数之和为-1,则含x 2项的系数为________. 答案 560
解析 取x =1,得二项式⎝⎛⎭⎫x 2+a
x 7的展开式中的各项系数之和为(1+a )7,即(1+a )7=-1,解得a =-2.二项式⎝⎛⎭⎫x 2-2x 7的展开式的通项为T r +1=C r 7·(x 2)7-r · ⎝⎛⎭⎫-2x r =C r 7·(-2)r ·x 14-3r .令14-3r =2,得r =4.因此,二项式⎝⎛⎭⎫x 2-2x 7的展开式中含x 2项的系数为C 47·(-2)4=560. 8.若(1-3x )2 018=a 0+a 1x +…+a 2 018x 2 018,x ∈R ,则a 1·3+a 2·32+…+a 2 018·32 018的值为____. 答案 82 018-1
解析 由已知,令x =0,得a 0=1, 令x =3,得a 0+a 1·3+a 2·32+…+a 2 018·32 018 =(1-9)2 018=82 018,
所以a 1·3+a 2·32+…+a 2 018·32 018 =82 018-a 0=82 018-1.
9.若将函数f (x )=x 5表示为f (x )=a 0+a 1(1+x )+a 2(1+x )2+…+a 5(1+x )5,其中a 0,a 1,a 2,…,a 5为实数,则a 3=________.(用数字作答) 答案 10
解析 f (x )=x 5=(1+x -1)5,
它的通项为T r +1=C r 5(1+x )5-
r ·(-1)r , T 3=C 25(1+x )3(-1)2=10(1+x )3
,∴a 3=10.
10.若⎝⎛⎭⎫ax 2+b
x 6的展开式中x 3项的系数为20,则log 2a +log 2b =________. 答案 0
解析 ⎝⎛⎭⎫ax 2+b x 6的展开式的通项为T r +1=C r 6a 6-r ·b r x 12-3r ,令12-3r =3,则r =3,∴⎝
⎛⎭⎫ax 2+b x 6的展开式中x 3项的系数为C 36a 3b 3=20,∴ab =1,
∴log 2a +log 2b =log 2(ab )=log 21=0.
11.(2018·徐州模拟)若(1+x +x 2)6=a 0+a 1x +a 2x 2+…+a 12x 12,则a 2+a 4+…+a 12=__________.(用数字作答) 答案 364
解析 令x =1,得a 0+a 1+a 2+…+a 12=36, 令x =-1,得a 0-a 1+a 2-…+a 12=1, ∴a 0+a 2+a 4+…+a 12=36+1
2.
令x =0,得a 0=1,
∴a 2+a 4+…+a 12=36+1
2-1=364.
12.设f (x ,n )=(1+x )n ,n ∈N *. (1)求f (x,6)的展开式中系数最大的项;
(2)当n ∈N *时,化简C 0n 4n -
1+C 1n 4n -
2+C 2n 4n -
3+…+C n -
1n 40+C n n 4-
1; (3)求证:C 1n +2C 2n +3C 3
n +…+n C n n =n ×2
n -
1. (1)解 展开式中系数最大的项是第四项为C 36x 3=20x 3. (2)解 C 0n 4n -
1+C 1n 4n -
2+C 2n 4n -
3+…+C n -
1n 40+C n n
4-
1 =14
(C 0n 4n +C 1n 4n -1+C 2n 4n -2+…+C n -1n 4+C n n
) =14(4+1)n =5n
4
. (3)证明 因为r C r n =n C r -
1n -1,
所以C 1n +2C 2n +3C 3n +…+n C n n =n (C 0n -1+C 1n -1+C 2n -1+…+C n -
1n -1)=n ×2
n -
1.
13.在(1+x )6(1+y )4的展开式中,记x m y n 项的系数为f (m ,n ),则f (3,0)+f (2,1)+f (1,2)+f (0,3)=________. 答案 120
解析 因为f (m ,n )=C m 6C n 4,
所以f (3,0)+f (2,1)+f (1,2)+f (0,3)
=C 36C 04+C 26C 14+C 16C 24+C 06C 3
4=120.
14.已知⎝⎛⎭⎫x -1
2x n (n ∈N *)的展开式中所有项的二项式系数之和、系数之和分别为p ,q ,则p +64q 的最小值为________. 答案 16
解析 显然p =2n .令x =1,得q =12n .所以p +64q =2n +64
2n ≥2
2n ·642n =16,当且仅当2n =64
2
n ,即n =3时取等号,此时p +64q 的最小值为16.
15.⎝⎛⎭⎫2x +1
x -35的展开式中常数项是________. 答案 -1 683
解析 ⎝⎛⎭⎫2x +1x -35表示五个⎝⎛⎭⎫2x +1
x -3相乘,则展开式中的常数项由三种情况产生,第一种是从五个⎝⎛⎭⎫2x +1x -3中分别抽取2x,2x ,1x ,1x ,-3,则此时的常数项为C 25·C 23
·22·(-3)=-360,第二种情况是从五个⎝⎛⎭⎫2x +1
x -3中都抽取-3,则此时的常数项为(-3)5=-243,第三种情况是从五个⎝⎛⎭⎫2x +1x -3中分别抽取2x ,1x ,-3,-3,-3,则此时的常数项为C 15·C 14·21·(-3)3=-1 080,则展开式中常数项为-360-243-1 080=-1 683.
16.若⎝
⎛⎭⎪⎫x +24
x n
展开式中前三项的系数和为163,求: (1)展开式中所有x 的有理项; (2)展开式中系数最大的项.
解 易求得展开式前三项的系数为1,2C 1n ,4C 2
n . 由题意得1+2C 1n +4C 2n =163,可得n =9.
(1)设展开式中的有理项为T r +1,
由T r +1=C r 9(x )
9-r
⎝ ⎛⎭
⎪⎫24x r =183492r r r C x -, 又∵0≤r ≤9,∴r =2,6. 故有理项为T 3=18322
24
9
2C x -⨯⋅=144x 3,
T 7=18366
64
9
2C x
-⨯⋅⋅=5 376.
(2)设展开式中T r +1项的系数最大,则
⎩⎪⎨⎪⎧
2r C r 9≥2r +1C r +19,2r C r 9≥2r -1C r -19, ∴173≤r ≤203
, 又∵r ∈N ,∴r =6,
故展开式中系数最大的项为T 7=5 376.。