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二項(xiàng)式定理的基本題型與思想方法

2016-02-18 21:15:57孫建國
中學(xué)課程輔導(dǎo)高考版·學(xué)生版 2016年2期
關(guān)鍵詞:項(xiàng)為展開式二項(xiàng)式

在高考中,對二項(xiàng)式定理考查往往既著眼于小處,又注重二項(xiàng)式定理的應(yīng)用.基于此復(fù)習(xí)二項(xiàng)式定理,我們必須抓住其基本題型,并領(lǐng)會(huì)解題過程中體現(xiàn)的思想方法.

一、基本題型

基本題型1求二項(xiàng)展開式中指定項(xiàng)或指定項(xiàng)的系數(shù)

例1已知在(3x-123x)n的展開式中,第6項(xiàng)為常數(shù)項(xiàng).

(1)求n;

(2)求含x2的項(xiàng)的系數(shù);

(3)求展開式中所有的有理項(xiàng).

解析:(1)通項(xiàng)公式為

Tr+1=Crnxn-r3(-12)rx-r3

=Crn(-12)rxn-2r3,

因?yàn)榈?項(xiàng)為常數(shù)項(xiàng),所以r=5時(shí),有n-2r3=0,即n=10.

(2)令n-2r3=2,得r=12(n-6)=12×(10-6)=2,∴所求的系數(shù)為C210(-12)2=454.

(3)根據(jù)通項(xiàng)公式,由題意得10-2r3∈Z,

0≤r≤10,

r∈Z.

令10-2r3=k(k∈Z),則10-2r=3k,即r=5-32k,

∵r∈Z,∴k應(yīng)為偶數(shù).∴k可取2,0,-2,即r可取2,5,8.

所以第3項(xiàng),第6項(xiàng)與第9項(xiàng)為有理項(xiàng),它們分別為C210(-12)2x2,C510(-12)5,C810(-12)8x-2.

點(diǎn)評:①解此類問題可以分兩步完成:第一步是根據(jù)所給出的條件(特定項(xiàng))和通項(xiàng)公式,建立方程來確定指數(shù)(求解時(shí)要注意二項(xiàng)式系數(shù)中n和r的隱含條件,即n,r均為非負(fù)整數(shù),且n≥r);第二步是根據(jù)所求的指數(shù),再求所求解的項(xiàng);②求二項(xiàng)展開式中的有理項(xiàng),一般是根據(jù)通項(xiàng)公式所得到的項(xiàng),其所有的未知數(shù)的指數(shù)恰好都是整數(shù)的項(xiàng).解這種類型的問題必須合并通項(xiàng)公式中同一字母的指數(shù),根據(jù)具體要求,令其屬于整數(shù),再根據(jù)數(shù)的整除性來求解.若求二項(xiàng)展開式中的整式項(xiàng),則其通項(xiàng)公式中同一字母的指數(shù)應(yīng)是非負(fù)整數(shù),求解方式與求有理項(xiàng)的方式一致.

基本題型2二項(xiàng)式系數(shù)的性質(zhì)

例2二項(xiàng)式(2x-3y)9展開式中,求

(1)二項(xiàng)式系數(shù)之和;

(2)各項(xiàng)系數(shù)之和;

(3)所有奇數(shù)項(xiàng)系數(shù)之和;

(4)系數(shù)絕對值的和.

解析:設(shè)(2x-3y)9=a0x9+a1x8y+a2x7y2+…+a9y9.

(1)二項(xiàng)式系數(shù)之和為:C09+C19+C29+…+C99=29.

(2)各項(xiàng)系數(shù)之和為:a0+a1+a2+…+a9.

令x=1,y=1,得a0+a1+a2+…+a9=(2-3)9=-1.

(3)由(2)知a0+a1+a2+…+a9=-1.①

令x=1,y=-1,得a0-a1+a2-a3+…+a8-a9=(2+3)9=59.②

①+②得a0+a2+a4+a6+a8=59-12,即為所有奇數(shù)項(xiàng)系數(shù)之和.

(4)|a0|+|a1|+|a2|+…+|a9|=a0-a1+a2-…+a8-a9=59.

點(diǎn)評:二項(xiàng)式定理給出的是一個(gè)恒等式,對于a,b的一切值均成立.因此,可將a,b設(shè)定為一些特殊的值.在使用賦值法時(shí),令a,b等于多少,應(yīng)視具體情況而定,一般取“1,-1,0”,有時(shí)也取其他值.一般地,若f(x)=a0+a1x+a2x2+…+anxn,則f(x)展開式的各項(xiàng)系數(shù)之和為f(1),奇數(shù)項(xiàng)系數(shù)之和為f(1)+f(-1)2,偶數(shù)項(xiàng)系數(shù)之和為f(1)-f(-1)2.

基本題型3二項(xiàng)式定理的應(yīng)用

例3(1)試判斷7777-1能否被19整除.

(2)證明:32n+2-8n-9是64的倍數(shù).

解析:(1)由于76是19的倍數(shù),可將7777轉(zhuǎn)化為(76+1)77用二項(xiàng)式定理展開.

7777-1=(76+1)77-1

=7677+C177·7676+C277·7675+…+C7677·76+C7777-1

=76(7676+C1777675+C2777674+…+C7677).

由于76能被19整除,因此7777-1能被19整除.

(2)∵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,

∴32n+2-8n-9是64的倍數(shù).

點(diǎn)評:利用二項(xiàng)式定理解決整除性問題時(shí),關(guān)鍵是巧妙地構(gòu)造二項(xiàng)式,其基本思路是:要證明一個(gè)式子能被另一個(gè)式子整除,只要證明這個(gè)式子按二項(xiàng)式定理展開后的各項(xiàng)均能被另一個(gè)式子整除即可.因此,一般將被除式化為含有相關(guān)除式的二項(xiàng)式,然后再展開,此時(shí)常采用“配湊法”、“消去法”配合整除的有關(guān)知識(shí)來處理.

二、思想方法

1.函數(shù)與方程思想

例4已知(1+x)+(1+x)2+…+(1+x)n=a0+a1x+a2x2+…+anxn,

若a1+a2+…+an-1=29-n,求n.

分析:二項(xiàng)式系數(shù)求和問題可用賦值法.

解析:a0=1+1+…+1=n,an=1.令x=1,

則2+22+23+…+2n=a0+a1+a2+…+an,

∴a1+a2+…+an-1=2(1-2n)1-2-a0-an

=2(2n-1)-n-1=2n+1-n-3,

∴2n+1-n-3=29-n,∴n=4.

點(diǎn)評:二項(xiàng)式定理的應(yīng)用中,求系數(shù)的取值總是列出方程,通過賦值求解,把二項(xiàng)展開式看作x的函數(shù)f(x),其系數(shù)問題與函數(shù)值f(1)的展開式相聯(lián)系.

2.構(gòu)造思想

例5已知(3x+x2)2n的展開式的二項(xiàng)式系數(shù)和比(3x-1)n的展開式的二項(xiàng)式系數(shù)和大992,求在(2x-1x)2n的展開式中,

(1)二項(xiàng)式系數(shù)最大的項(xiàng);

(2)系數(shù)的絕對值最大的項(xiàng).

分析:首先根據(jù)題設(shè)條件解出n的值,再根據(jù)題設(shè)條件進(jìn)行求解.

解:由題意22n-2n=992,解得n=5.

(1)(2x-1x)10的展開式中第6項(xiàng)的二項(xiàng)式系數(shù)最大,即T6=T5+1=C510(2x)5(-1x)5=-8064.

(2)設(shè)第r+1項(xiàng)的系數(shù)的絕對值最大,則Tr+1=Cr10(2x)10-r(-1x)r=(-1)rCr10210-rx10-2r,

在此,就需構(gòu)造如下不等式組,以獲得系數(shù)的絕對值最大的項(xiàng)對應(yīng)的r值.

∴Cr10210-r≥Cr-110210-r+1

Cr10210-r≥Cr+110210-r-1,得Cr10≥2Cr-110

2Cr10≥Cr+110,

即11-r≥2r

2(r+1)≥10-r,

∴83≤r≤113,∴r=3,故系數(shù)的絕對值最大的是第4項(xiàng).

點(diǎn)評:在運(yùn)用二項(xiàng)式定理時(shí)不能忽視展開式中系數(shù)的正負(fù),當(dāng)然還需考慮二項(xiàng)式系數(shù)與展開式某項(xiàng)的系數(shù)之間的差異:二項(xiàng)式系數(shù)只與二項(xiàng)式的指數(shù)和項(xiàng)數(shù)有關(guān),而項(xiàng)的系數(shù)不僅與二項(xiàng)式的指數(shù)和項(xiàng)數(shù)有關(guān),還與二項(xiàng)式有關(guān).

3.轉(zhuǎn)化思想

例6若(x+1x-2)n的展開式的常數(shù)項(xiàng)為-20,求n.

分析:本題中x≠0.當(dāng)x>0時(shí),把三項(xiàng)式(x+1x-2)n,轉(zhuǎn)化為(x+1x-2)n=(x-1x)2n,當(dāng)x<0時(shí),同理(x+1x-2)n=(-1)n(-x+1-x)2n,然后運(yùn)用通項(xiàng)公式寫出通項(xiàng),令含x的冪指數(shù)為零即可.

解:當(dāng)x>0時(shí)(x+1x-2)n=(x-1x)2n,其通項(xiàng)為

Tr+1=Cr2n(x)2n-r(-1x)r=(-1)rCr2n

(x)2n-2r,

令2n-2r=0得n=r,故展開式的常數(shù)項(xiàng)為(-1)nCn2n;

當(dāng)x<0時(shí)(x+1x-2)n=(-x+1-x)2n,同理可知,展開式的常數(shù)項(xiàng)為(-1)nCn2n.

無論哪一種情況,常數(shù)項(xiàng)均為(-1)nCn2n.

令(-1)nCn2n=-20,以n=1,2,3,…逐個(gè)代入,得n=3.

點(diǎn)評:這種把三項(xiàng)式轉(zhuǎn)換為兩項(xiàng)式然后利用二項(xiàng)式定理把二項(xiàng)式展開求值的思路,在二項(xiàng)式問題中是一種常見處理方法,也包括把四項(xiàng)式轉(zhuǎn)換為兩項(xiàng)式.這就是說當(dāng)我們遇到三項(xiàng)式或四項(xiàng)式時(shí)就要先試一試是不是能轉(zhuǎn)換為兩項(xiàng)式,然后再用二項(xiàng)式定理解決問題.

(作者:孫建國,江蘇省太倉高級(jí)中學(xué))

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