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2022-2023版高中數(shù)學(xué) 第一章 計數(shù)原理 1.3 二項式定理 1.3.2“楊輝三角”與二項式系數(shù)的性質(zhì)學(xué)案 新人教A版選修2-3

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1、2022-2023版高中數(shù)學(xué) 第一章 計數(shù)原理 1.3 二項式定理 1.3.2“楊輝三角”與二項式系數(shù)的性質(zhì)學(xué)案 新人教A版選修2-3 學(xué)習(xí)目標 1.了解楊輝三角,會用楊輝三角求二項式乘方次數(shù)不大時的各項的二項式系數(shù).2.理解二項式系數(shù)的性質(zhì)并靈活運用. 知識點 “楊輝三角”與二項式系數(shù)的性質(zhì) (a+b)n的展開式的二項式系數(shù),當(dāng)n取正整數(shù)時可以表示成如下形式: 思考1 從上面的表示形式可以直觀地看出什么規(guī)律? 答案 在同一行中,每行兩端都是1,與這兩個1等距離的項的系數(shù)相等;在相鄰的兩行中,除1以外的每一個數(shù)都等于它“肩上”兩個數(shù)的和. 思考2 計算每一行的系數(shù)和,你又能

2、看出什么規(guī)律? 答案 2,4,8,16,32,64,…,其系數(shù)和為2n. 思考3 二項式系數(shù)的最大值有何規(guī)律? 答案 當(dāng)n=2,4,6時,中間一項最大,當(dāng)n=3,5時中間兩項最大. 梳理 (1)楊輝三角的特點 ①在同一行中,每行兩端都是1,與這兩個1等距離的項的系數(shù)相等. ②在相鄰的兩行中,除1以外的每一個數(shù)都等于它“肩上”兩個數(shù)的和,即C=C+C. (2)二項式系數(shù)的性質(zhì) 性質(zhì) 內(nèi)容 對稱性 C=C,即二項展開式中,與首末兩端“等距離”的兩個二項式系數(shù)相等 增減性與最大值 如果二項式的冪指數(shù)n是偶數(shù),那么展開式中間一項的二項式系數(shù)最大 如果n為奇數(shù),那么其展開式中

3、間兩項與的二項式系數(shù)相等且同時取得最大值 各二項式 系數(shù)的和 二項展開式中各二項式系數(shù)的和等于2n,即C+C+C+…+C=2n 奇數(shù)項的二項式系數(shù)之和等于偶數(shù)項的二項式系數(shù)之和,都等于2n-1,即C+C+C+…=C+C+C+…=2n-1 1.楊輝三角的每一斜行數(shù)字的差成一個等差數(shù)列.( × ) 2.二項式展開式的二項式系數(shù)和為C+C+…+C.( × ) 3.二項式展開式中系數(shù)最大項與二項式系數(shù)最大項相同.( × ) 類型一 與楊輝三角有關(guān)的問題 例1 (1)楊輝三角如圖所示,楊輝三角中的第5行除去兩端數(shù)字1以外,均能被5整除,則具有類似性質(zhì)的行是(  ) A

4、.第6行 B.第7行 C.第8行 D.第9行 (2)如圖,在楊輝三角中,斜線AB上方箭頭所示的數(shù)組成一個鋸齒形的數(shù)列:1,2,3,3,6,4,10,…,記這個數(shù)列的前n項和為S(n),則S(16)等于(  ) A.144 B.146 C.164 D.461 考點 二項式系數(shù)的性質(zhì) 題點 與楊輝三角有關(guān)的問題 答案 (1)B (2)C 解析 (1)由題意,第6行為1,6,15,20,15,6,1,第7行為1,7,21,35,35,21,7,1,故第7行除去兩端數(shù)字1以外,均能被7整除. (2)由題干圖知,數(shù)列中的首項是C,第2項是C,第3項是C,第4項是C,…,第1

5、5項是C,第16項是C,所以S(16)=C+C+C+C+…+C+C=(C+C+…+C)+(C+C+…+C) =(C+C+C+…+C-C)+(C+C+…+C) =C+C-1=164. 反思與感悟 解決與楊輝三角有關(guān)的問題的一般思路 跟蹤訓(xùn)練1 如圖所示,在由二項式系數(shù)所構(gòu)成的楊輝三角中,第________行中從左至右的第14個數(shù)與第15個數(shù)的比為2∶3. 考點 二項式系數(shù)的性質(zhì) 題點 與楊輝三角有關(guān)的問題 答案 34 解析 由題意設(shè)第n行的第14個數(shù)與第15個數(shù)的比為2∶3,它等于二項展開式的第14項和第15項的二項式系數(shù)的比,所以C∶C=2∶3,即=,解得n=34,所以

6、在第34行中,從左至右第14個數(shù)與第15個數(shù)的比是2∶3. 類型二 二項式系數(shù)和問題 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. 考點 展開式中系數(shù)的和問題 題點 二項展開式中系數(shù)的和問題 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的通項Tk+1=C(-1)k·25-k·x5-k知a1,a3,a5為負值,

7、所|a0|+|a1|+|a2|+…+|a5| =a0-a1+a2-a3+a4-a5=35=243. (3)由a0+a1+a2+…+a5=1, -a0+a1-a2+…+a5=-35, 得2(a1+a3+a5)=1-35. 所以a1+a3+a5==-121. 引申探究 在本例條件下,求下列各式的值: (1)a0+a2+a4; (2)a1+a2+a3+a4+a5; (3)5a0+4a1+3a2+2a3+a4. 解 (1)因為a0+a1+a2+…+a5=1, -a0+a1-a2+…+a5=-35. 所以a0+a2+a4==122. (2)因為a0是(2x-1)5展開式中x5

8、的系數(shù), 所以a0=25=32. 又a0+a1+a2+…+a5=1, 所以a1+a2+a3+a4+a5=-31. (3)因為(2x-1)5=a0x5+a1x4+a2x3+a3x2+a4x+a5. 所以兩邊求導(dǎo)數(shù)得10(2x-1)4=5a0x4+4a1x3+3a2x2+2a3x+a4. 令x=1得5a0+4a1+3a2+2a3+a4=10. 反思與感悟 二項展開式中系數(shù)和的求法 (1)對形如(ax+b)n,(ax2+bx+c)m(a,b,c∈R,m,n∈N*)的式子求其展開式的各項系數(shù)之和,常用賦值法,只需令x=1即可;對(ax+by)n(a,b∈R,n∈N*)的式子求其展開式各

9、項系數(shù)之和,只需令x=y(tǒng)=1即可. (2)一般地,若f(x)=a0+a1x+a2x2+…+anxn,則f(x)展開式中各項系數(shù)之和為f(1), 奇數(shù)項系數(shù)之和為a0+a2+a4+…=, 偶數(shù)項系數(shù)之和為a1+a3+a5+…=. 跟蹤訓(xùn)練2 在二項式(2x-3y)9的展開式中,求: (1)二項式系數(shù)之和; (2)各項系數(shù)之和; (3)所有奇數(shù)項系數(shù)之和. 考點 展開式中系數(shù)的和問題 題點 二項展開式中系數(shù)的和問題 解 設(shè)(2x-3y)9=a0x9+a1x8y+a2x7y2+…+a9y9. (1)二項式系數(shù)之和為C+C+C+…+C=29. (2)各項系數(shù)之和為a0+a1+a

10、2+…+a9, 令x=1,y=1, 所以a0+a1+a2+…+a9=(2-3)9=-1. (3)令x=1,y=-1,可得 a0-a1+a2-…-a9=59, 又a0+a1+a2+…+a9=-1, 將兩式相加可得a0+a2+a4+a6+a8=, 即所有奇數(shù)項系數(shù)之和為. 類型三 二項式系數(shù)性質(zhì)的應(yīng)用 例3 已知f(x)=(+3x2)n展開式中各項的系數(shù)和比各項的二項式系數(shù)和大992. (1)求展開式中二項式系數(shù)最大的項; (2)求展開式中系數(shù)最大的項. 考點 展開式中系數(shù)最大(小)的項問題 題點 求展開式中系數(shù)最大(小)的項 解 令x=1,則二項式各項系數(shù)的和為f(1

11、)=(1+3)n=4n,又展開式中各項的二項式系數(shù)之和為2n.由題意知,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為奇數(shù),∴展開式中二項式系數(shù)最大的項為中間的兩項,它們分別為T3=C·(3x2)2=90x6,T4=C·(3x2)3=270. (2)展開式的通項公式為Tk+1=C·3k·, 假設(shè)Tk+1項系數(shù)最大, 則有 ∴ 即∴≤k≤,∵k∈N,∴k=4, ∴展開式中系數(shù)最大的項為T5=C(3x2)4=405. 反思與感悟 (1)二項式系數(shù)的最大項的求法

12、求二項式系數(shù)的最大項,根據(jù)二項式系數(shù)的性質(zhì)對(a+b)n中的n進行討論. ①當(dāng)n為奇數(shù)時,中間兩項的二項式系數(shù)最大. ②當(dāng)n為偶數(shù)時,中間一項的二項式系數(shù)最大. (2)展開式中系數(shù)的最大項的求法 求展開式中系數(shù)的最大項與求二項式系數(shù)最大項是不同的,需要根據(jù)各項系數(shù)的正、負變化情況進行分析.如求(a+bx)n(a,b∈R)的展開式中系數(shù)的最大項,一般采用待定系數(shù)法.設(shè)展開式中各項系數(shù)分別為A0,A1,A2,…,An,且第k+1項最大,應(yīng)用解出k,即得出系數(shù)的最大項. 跟蹤訓(xùn)練3 寫出(x-y)11的展開式中: (1)二項式系數(shù)最大的項; (2)項的系數(shù)絕對值最大的項; (3)項的

13、系數(shù)最大的項和系數(shù)最小的項; (4)二項式系數(shù)的和; (5)各項系數(shù)的和. 考點 展開式中系數(shù)的和問題 題點 二項展開式中系數(shù)的和問題 解 (1)二項式系數(shù)最大的項為中間兩項: T6=-Cx6y5,T7=Cx5y6. (2)(x-y)11展開式的通項為 Tk+1=Cx11-k(-y)k=C(-1)kx11-kyk, ∴項的系數(shù)的絕對值為|C·(-1)k|=C, ∴項的系數(shù)的絕對值等于該項的二項式系數(shù),其最大的項也是中間兩項,T6=-Cx6y5,T7=Cx5y6. (3)由(2)知中間兩項系數(shù)絕對值相等, 又∵第6項系數(shù)為負,第7項系數(shù)為正, 故項的系數(shù)最大的項為T7=

14、Cx5y6,項的系數(shù)最小的項為T6=-Cx6y5. (4)展開式中,二項式系數(shù)的和為C+C+C+…+C=211. (5)令x=y(tǒng)=1,得展開式中各項的系數(shù)和為C-C+C-…-C=(1-1)11=0. 1.觀察圖中的數(shù)所成的規(guī)律,則a所表示的數(shù)是(  ) A.8 B.6 C.4 D.2 考點 二項式系數(shù)的性質(zhì) 題點 與楊輝三角有關(guān)的問題 答案 B 解析 由題圖知,下一行的數(shù)是其肩上兩數(shù)的和,所以4+a=10,得a=6. 2.(1+x)2n+1的展開式中,二項式系數(shù)最大的項所在的項數(shù)是(  ) A.n,n+1 B.n-1,n C.n+1,n+2 D.n+

15、2,n+3 考點 展開式中系數(shù)最大(小)的項問題 題點 求展開式中二項式系數(shù)最大(小)的項 答案 C 解析 2n+1為奇數(shù),展開式中中間兩項的二項式系數(shù)最大,分別為第項,第項,即第n+1項與第n+2項,故選C. 3.已知n展開式中,各項系數(shù)的和與其各項二項式系數(shù)的和之比為64,則n等于(  ) A.4 B.5 C.6 D.7 考點 二項式系數(shù)的性質(zhì) 題點 二項式系數(shù)與項的系數(shù)問題 答案 C 解析 令x=1,各項系數(shù)和為4n,二項式系數(shù)和為2n,故有=64,所以n=6. 4.設(shè)(-3+2x)4=a0+a1x+a2x2+a3x3+a4x4,則a0+a1+a2+a3的

16、值為________. 考點 展開式中系數(shù)的和問題 題點 二項展開式中系數(shù)的和問題 答案 -15 解析 令x=1,得a0+a1+a2+a3+a4=1.① 又Tk+1=C(-3)4-k(2x)k, ∴當(dāng)k=4時,x4的系數(shù)a4=16.② 由①-②得a0+a1+a2+a3=-15. 5.已知n的展開式中前三項的二項式系數(shù)的和等于37,則展開式中二項式系數(shù)最大的項的系數(shù)為________. 考點 展開式中系數(shù)的和問題 題點 多項展開式中系數(shù)的和問題 答案  解析 由C+C+C=37,得1+n+n(n-1)=37,解得n=8(負值舍去),則第5項的二項式系數(shù)最大,T5=C××(

17、2x)4=x4,該項的系數(shù)為. 1.二項式系數(shù)的性質(zhì)可從楊輝三角中直觀地看出. 2.求展開式中的系數(shù)或展開式中的系數(shù)的和、差的關(guān)鍵是給字母賦值,賦值的選擇則需根據(jù)所求的展開式系數(shù)和特征來確定.一般地對字母賦的值為0,1或-1,但在解決具體問題時要靈活掌握. 3.注意以下兩點:(1)區(qū)分開二項式系數(shù)與項的系數(shù). (2)求解有關(guān)系數(shù)最大時的不等式組時,注意其中k∈{0,1,2,…,n}. 一、選擇題 1.如圖是與楊輝三角有類似性質(zhì)的三角形數(shù)壘,a,b是某行的前兩個數(shù),當(dāng)a=7時,b等于(  ) A.20 B.21 C.22 D.23 考點 二項式系數(shù)的性質(zhì) 題點

18、 與楊輝三角有關(guān)的問題 答案 C 解析 根據(jù)觀察可知,每一行除開始和末尾的數(shù)外,中間的數(shù)分別是上一行相鄰兩個數(shù)的和,當(dāng)a=7時,上面一行的第一個數(shù)為6,第二個數(shù)為16,所以b=6+16=22. 2.若n(n∈N*)的展開式中只有第6項系數(shù)最大,則該展開式中的常數(shù)項為(  ) A.210 B.252 C.462 D.10 考點 二項展開式中的特定項問題 題點 求二項展開式的特定項 答案 A 解析 由于展開式中只有第6項的系數(shù)最大,且其系數(shù)等于其二項式系數(shù),所以展開式項數(shù)為11,從而n=10,于是得其常數(shù)項為C=210. 3.已知關(guān)于x的二項式n展開式的二項系數(shù)之和為3

19、2,常數(shù)項為80,則a的值為(  ) A.1 B.±1 C.2 D.±2 考點 展開式中系數(shù)的和問題 題點 二項展開式中系數(shù)的和問題 答案 C 解析 由條件知2n=32,即n=5,在通項公式Tk+1=C()5-kk=Cak中,令15-5k=0,得k=3.所以Ca3=80,解得a=2. 4.(x-1)11的展開式中,x的奇次冪的系數(shù)之和是(  ) A.2 048 B.-1 023 C.-1 024 D.1 024 考點 展開式中系數(shù)的和問題 題點 二項展開式中系數(shù)的和問題 答案 D 解析 (x-1)11=a0x11+a1x10+a2x9+…+a11, 令x=-

20、1,則-a0+a1-a2+…+a11=-211,① 令x=1,則a0+a1+a2+…+a11=0,② =a0+a2+a4+…+a10=210=1 024. 5.若x10=a0+a1(x-1)+a2(x-1)2+…+a10(x-1)10,則a8的值為(  ) A.10 B.45 C.-9 D.-45 考點 二項式定理 題點 逆用二項式定理求和、化簡 答案 B 解析 x10=[1+(x-1)]10=a0+a1(x-1)+a2(x-1)2+…+a10(x-1)10,∴a8=C=C=45. 6.設(shè)n的展開式的各項系數(shù)和為M,二項式系數(shù)和為N,若M-N=240,則展開式中x的

21、系數(shù)為(  ) A.-150 B.150 C.300 D.-300 考點 二項展開式中的特定項問題 題點 求二項展開式特定項的系數(shù) 答案 B 解析 由已知條件4n-2n=240,解得n=4, Tk+1=C(5x)4-k·k=(-1)k54-kC, 令4-=1,得k=2, 所以展開式中x的系數(shù)為(-1)2×52C=150. 7.已知(2x-1)n二項展開式中,奇次項系數(shù)的和比偶次項系數(shù)的和小38,則C+C+C+…+C的值為(  ) A.28 B.28-1 C.27 D.27-1 考點 展開式中系數(shù)的和問題 題點 二項展開式中系數(shù)的和問題 答案 B 解析

22、 設(shè)(2x-1)n=a0+a1x+a2x2+…+anxn,且奇次項的系數(shù)和為A,偶次項的系數(shù)和為B. 則A=a1+a3+a5+…,B=a0+a2+a4+a6+…. 由已知可知,B-A=38.令x=-1, 得,a0-a1+a2-a3+…+an(-1)n=(-3)n, 即(a0+a2+a4+a6+…)-(a1+a3+a5+a7+…)=(-3)n, 即B-A=(-3)n.∴(-3)n=38=(-3)8,∴n=8. 由二項式系數(shù)性質(zhì)可得, C+C+C+…+C=2n-C=28-1. 8.關(guān)于下列(a-b)10的說法,錯誤的是(  ) A.展開式中的二項式系數(shù)之和是1 024 B.展開

23、式的第6項的二項式系數(shù)最大 C.展開式的第5項或第7項的二項式系數(shù)最大 D.展開式中第6項的系數(shù)最小 考點 二項式系數(shù)的性質(zhì) 題點 二項式系數(shù)與項的系數(shù)問題 答案 C 解析 由二項式系數(shù)的性質(zhì)知C+C+C+…+C=210=1 024,故A正確.二項式系數(shù)最大的項為C,是展開式的第6項,故B正確.由展開式的通項為Tk+1=Ca10-k(-b)k=(-1)kCa10-kbk知,第6項的系數(shù)-C最小,故D正確. 二、填空題 9.已知(1+x)10=a1+a2x+a3x2+…+a11x10,若數(shù)列a1,a2,a3,…,ak(1≤k≤11,k∈Z)是一個單調(diào)遞增數(shù)列,則k的最大值是___

24、_____. 考點 二項式系數(shù)的性質(zhì) 題點 利用二項式系數(shù)的性質(zhì)進行計算 答案 6 解析 (1+x)n展開式的各項系數(shù)為其二項式系數(shù),當(dāng)n=10時,展開式的中間項第六項的二項式系數(shù)最大,故k的最大值為6. 10.在n的展開式中,所有奇數(shù)項系數(shù)之和為1 024,則中間項系數(shù)是________. 考點 二項展開式中的特定項問題 題點 求二項展開式特定項的系數(shù) 答案 462 解析 ∵二項式的展開式中所有項的二項式系數(shù)和為2n,而所有偶數(shù)項的二項式系數(shù)和與所有奇數(shù)項的二項式系數(shù)和相等,故由題意得2n-1=1 024,∴n=11,∴展開式共12項,中間項為第六項、第七項,其系數(shù)為C=C

25、=462. 11.若x4(x+3)8=a0+a1(x+2)+a2(x+2)2+…+a12(x+2)12,則log2(a1+a3+…+a11)=_____. 考點 展開式中系數(shù)的和問題 題點 二項展開式中系數(shù)的和問題 答案 7 解析 令x=-1,∴28=a0+a1+a2+…+a11+a12. 令x=-3,∴0=a0-a1+a2-…-a11+a12, ∴28=2(a1+a3+…+a11),∴a1+a3+…+a11=27, ∴l(xiāng)og2(a1+a3+…+a11)=log227=7. 三、解答題 12.設(shè)(2-x)100=a0+a1x+a2x2+…+a100·x100,求下列各式的值

26、. (1)求a0; (2)a1+a2+a3+a4+…+a100; (3)a1+a3+a5+…+a99; (4)(a0+a2+…+a100)2-(a1+a3+…+a99)2; (5)|a0|+|a1|+…+|a100|. 考點 展開式中系數(shù)的和問題 題點 二項展開式中系數(shù)的和問題 解 (1)令x=0,則展開式為a0=2100. (2)令x=1, 可得a0+a1+a2+…+a100=(2-)100,① 所以a1+a2+…+a100=(2-)100-2100. (3)令x=-1, 可得a0-a1+a2-a3+…+a100=(2+)100.② 與①式聯(lián)立相減得 a1+a3

27、+…+a99=. (4)由①②可得,(a0+a2+…+a100)2-(a1+a3+…+a99)2=(a0+a1+a2+…+a100)(a0-a1+a2-…+a100)=(2-)100·(2+)100=1. (5)|a0|+|a1|+…+|a100|,即(2+x)100的展開式中各項系數(shù)的和,在(2+x)100的展開式中,令x=1,可得各項系數(shù)的和為(2+)100. 13.已知n展開式的二項式系數(shù)之和為256. (1)求n; (2)若展開式中常數(shù)項為,求m的值; (3)若(x+m)n展開式中系數(shù)最大項只有第6項和第7項,求m的取值情況. 考點 二項展開式中的特定項問題 題點 由特

28、定項或特定項的系數(shù)求參數(shù) 解 (1)二項式系數(shù)之和為2n=256,可得n=8. (2)設(shè)常數(shù)項為第k+1項,則 Tk+1=Cx8-kk=Cmkx8-2k, 故8-2k=0,即k=4,則Cm4=,解得m=±. (3)易知m>0,設(shè)第k+1項系數(shù)最大. 則化簡可得≤k≤. 由于只有第6項和第7項系數(shù)最大, 所以即 所以m只能等于2. 四、探究與拓展 14.設(shè)(3x-2)6=a0+a1(2x-1)+a2(2x-1)2+…+a6(2x-1)6,則=________. 考點 展開式中系數(shù)的和問題 題點 二項展開式中系數(shù)的和問題 答案 - 解析 令x=1,得a0+a1+a2+

29、…+a6=1,令x=0,得a0-a1+a2-…+a6=64,兩式相減得2(a1+a3+a5)=-63,兩式相加得2(a0+a2+a4+a6)=65,故=-. 15.已知(+x2)2n的展開式的系數(shù)和比(3x-1)n的展開式的系數(shù)和大992,求2n的展開式中: (1)二項式系數(shù)最大的項; (2)系數(shù)的絕對值最大的項. 考點 展開式中系數(shù)最大(小)的項問題 題點 求展開式中系數(shù)最大(小)的項 解 由題意得22n-2n=992,解得n=5. (1)10的展開式中第6項的二項式系數(shù)最大, 即T6=C·(2x)5·5=-8 064. (2)設(shè)第k+1項的系數(shù)的絕對值最大, 則Tk+1=C·(2x)10-k·k =(-1)k·C·210-k·x10-2k. ∴得 即 ∴≤k≤,k∈N,∴k=3, 故系數(shù)的絕對值最大的是第4項 T4=(-1)3C·27·x4=-15 360x4.

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