2022年高考数学高三大一轮复习第十章计数原理、概率、随机变量及其分布10.3二项式定理
发布于 2021-11-30 11:31 ,所属分类:高考数学学习资料大全
2022年高考数学高三大一轮复习
第十章 计数原理、概率、随机变量及其分布
§10.3 二项式定理
§10.3 二项式定理
考试要求 能用多项式运算法则和计数原理证明二项式定理,会用二项式定理解决与二项展开式有关的简单问题.
1.二项式定理
二项式定理 | (a+b)n=Can+Can-1b+…+Can-kbk+…+Cbn(n∈N*) |
二项展开式的通项 | Tk+1=Can-kbk,它表示第k+1项 |
二项式系数 | C(k∈{0,1,2,3,…,n}) |
2.二项式系数的性质
(1)对称性:与首末两端“等距离”的两个二项式系数相等.
(2)增减性与最大值
当n是偶数时,中间一项取得最大值;当n是奇数时,中间的两项与相等,且同时取得最大值.
(3)各二项式系数的和
(a+b)n的展开式的各个二项式系数的和等于2n.
微思考
1.总结(a+b)n的展开式的特点.
提示(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.
2.(a+b)n的展开式的二项式系数和系数相同吗?
提示 不一定.(a+b)n的展开式的通项是Can-kbk,其二项式系数是C(k∈{0,1,2,3,…,n}),不一定是系数.
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)Can-kbk是(a+b)n的展开式的第k项.(×)
(2)(a+b)n的展开式中某一项的二项式系数与a,b无关.(√)
(3)二项展开式中,系数最大的项为中间一项或中间两项.(×)
(4)(a+b)n的展开式中某项的系数是该项中非字母因数部分,包括符号等,与该项的二项式系数不同.(√)
题组二 教材改编
2.(x-y)n的二项展开式中,第m项的系数是()
A.C B.C
C.C D.(-1)m-1C
答案 D
解析 (x-y)n二项展开式第m项的通项为
Tm=C(-y)m-1xn-m+1,
所以系数为C(-1)m-1.
3.(八省联考)(1+x)2+(1+x)3+…+(1+x)9的展开式中x2的系数是()
A.60B.80 C.84 D.120
答案D
解析 (利用公式C+C=C)
(1+x)2+(1+x)3+…+(1+x)9的展开式中x2的系数为C+C+…+C=C+C+…+C=C=120.
4.C+C+C+…+C=________.
答案 210
题组三 易错自纠
5.已知n(a为常数)的展开式的二项式系数之和为32,常数项为80,则a的值为()
A.1B.±1 C.2 D.±2
答案C
解析 根据题意,该二项式的展开式的二项式系数之和为32,则有2n=32,可得n=5,则二项式的展开式通项为Tk+1=C()5-k·k=akC,令=0,得k=3,则其常数项为Ca3,根据题意,有Ca3=80,可得a=2.
6.在n的展开式中,所有二项式系数的和是32,则展开式中各项系数的和为_____.
答案 1
解析 因为所有二项式系数的和是32,所以2n=32,解得n=5.
在5中,令x=1可得展开式中各项系数的和为(2-1)5=1.
题型一多项展开式的特定项
命题点1 二项展开式问题
例1 (1)(2020·北京)在(-2)5的展开式中,x2的系数为()
A.-5B.5 C.-10 D.10
答案 C
解析 Tk+1=C()5-k(-2)k=C·(-2)k,
令=2,解得k=1.
所以x2的系数为C(-2)1=-10.
(2)(2019·浙江)在二项式(+x)9的展开式中,常数项是________,系数为有理数的项的个数是________.
答案 165
解析 该二项展开式的第k+1项为Tk+1=C()9-kxk,当k=0时,第1项为常数项,所以常数项为()9=16;当k=1,3,5,7,9时,展开式的项的系数为有理数,所以系数为有理数的项的个数为5.
命题点2 两个多项式积的展开式问题
例2 (1)(2020·全国Ⅰ)(x+y)5的展开式中x3y3的系数为()
A.5B.10 C.15 D.20
答案 C
解析 方法一 ∵(x+y)5=(x5+5x4y+10x3y2+10x2y3+5xy4+y5),
∴x3y3的系数为10+5=15.
方法二 当x+中取x时,x3y3的系数为C,
当x+中取时,x3y3的系数为C,
∴x3y3的系数为C+C=10+5=15.
(2)(2019·全国Ⅲ)(1+2x2)(1+x)4的展开式中x3的系数为()
A.12B.16 C.20 D.24
答案A
解析 展开式中含x3的项可以由“1与x3”和“2x2与x”的乘积组成,则x3的系数为C+2C=4+8=12.
命题点3 三项展开式问题
例3 (1)(x2+x+y)5的展开式中,x5y2的系数为()
A.10B.20 C.30 D.60
答案 C
解析 方法一 利用二项展开式的通项公式求解.
(x2+x+y)5=[(x2+x)+y]5,
含y2的项为T3=C(x2+x)3·y2.
其中(x2+x)3中含x5的项为Cx4·x=Cx5.
所以x5y2的系数为CC=30.故选C.
方法二 利用排列组合知识求解.
(x2+x+y)5为5个x2+x+y之积,其中有两个因式取y,剩余的三个因式中两个取x2,一个取x即可,所以x5y2的系数为CCC=30.故选C.
(2)(2020·合肥检测)5的展开式中的常数项为()
A.1B.11 C.-19 D.51
答案 B
解析 5=5
展开式的通项为Tk+1=C5-k
当k=5时,常数项为C=1,
当k=3时,常数项为-CC=-20,
当k=1时,常数项为CC=30.
综上所述,常数项为1-20+30=11.
思维升华 (1)求二项展开式中的特定项,一般是化简通项后,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,代回通项即可.
(2)对于几个多项式积的展开式中的特定项问题,一般都可以根据因式连乘的规律,结合组合思想求解,但要注意适当地运用分类方法,以免重复或遗漏.
(3)对于三项式问题一般先变形化为二项式再解决.
跟踪训练1 (1)(x+a)10的展开式中,x7项的系数为15,则a=______.(用数字填写答案)
答案
解析 通项为Tk+1=Cx10-kak,令10-k=7,
∴k=3,∴x7项的系数为Ca3=15,
∴a3=,∴a=.
(2)(x2+x+1)(x-1)4的展开式中,x3的系数为()
A.-3B.-2 C.1 D.4
答案 B
解析 (x-1)4的通项为Tk+1=Cx4-k(-1)k,(x2+x+1)(x-1)4的展开式中,x3的系数为C(-1)3+C(-1)2+C(-1)=-2,故选B.
(3)(1+2x-3x2)5的展开式中x5的系数为________.
答案92
解析 方法一(1+2x-3x2)5=(1-x)5(1+3x)5,所以x5的系数为CC35+C(-1)C34+C(-1)2C33+C(-1)3C32+C(-1)4C31+C(-1)5C30=92.
方法二(1+2x-3x2)5=[(1+2x)-3x2]5=C(1+2x)5+C(1+2x)4(-3x2)+C(1+2x)3(-3x2)2+…+C(-3x2)5,
所以x5的系数为CC25+CC×23×(-3)+CC×2×(-3)2=92.
题型二二项式系数与各项的系数问题
命题点1 二项式系数和与各项系数和
例4 (1)若二项式n的展开式的二项式系数之和为8,则该展开式每一项的系数之和为()
A.-1B.1 C.27 D.-27
答案 A
解析 依题意得2n=8,解得n=3.取x=1,得该二项展开式每一项的系数之和为(1-2)3=-1.
(2)若(2-x)7=a0+a1(1+x)+a2(1+x)2+…+a7(1+x)7,则a0+a1+a2+…+a6的值为()
A.1B.2C.129 D.2188
答案 C
解析 令x=0,得a0+a1+a2+…+a7=27=128,
又(2-x)7=[3-(x+1)]7,
则a7(1+x)7=C·30·[-(x+1)]7,解得a7=-1.
故a0+a1+a2+…+a6=128-a7=128+1=129.
命题点2 二项式系数的最值问题
例5二项式n的展开式中只有第11项的二项式系数最大,则展开式中x的指数为整数的项的个数为()
A.3B.5 C.6 D.7
答案D
解析 根据n的展开式中只有第11项的二项式系数最大,得n=20,∴n的展开式的通项为Tk+1=C·(x)20-k·k=()20-k·C·,要使x的指数是整数,需k是3的倍数,∴k=0,3,6,9,12,15,18,∴x的指数是整数的项共有7项.
思维升华 (1)求展开式中各项系数和可用“赋值法”.
(2)二项式系数最大项在中间一项或中间两项取得.
跟踪训练2 (1)(2021·随州调研)在n的展开式中,只有第5项的二项式系数最大,则展开式中系数最小的项的系数为()
A.-126B.-70 C.-56 D.-28
答案 C
解析 ∵只有第5项的二项式系数最大,
∴n=8,n的展开式的通项为
Tk+1=(-1)kC(k=0,1,2,…,8),
∴展开式中奇数项的二项式系数与相应奇数项的系数相等,偶数项的二项式系数与相应偶数项的系数互为相反数,而展开式中第5项的二项式系数最大,因此展开式中第4项和第6项的系数相等且最小,为(-1)3C=-56.
(2)n的展开式中各项系数之和大于8,但小于32,则展开式中系数最大的项是()
A.6 B.C.4x D.或4x
答案 A
解析 令x=1,可得n的展开式中各项系数之和为2n,即8<2n<32,解得n=4,故第3项的系数最大,所以展开式中系数最大的项是C()22=6.
(3)已知m是常数,若(mx-1)5=a5x5+a4x4+a3x3+a2x2+a1x+a0且a1+a2+a3+a4+a5=33,则m=________.
答案 3
解析 当x=0时,(-1)5=-1=a0.当x=1时,(m-1)5=a0+a1+a2+a3+a4+a5=33-1=32,则m-1=2,m=3.
课时精练
1.(2020·邯郸调研)(1-2x)6的展开式的第三项为()
A.60B.-120 C.60x2 D.-120x2
答案 C
解析 T3=C(-2x)2=60x2.
2.5的展开式中含x3的项的系数为()
A.80B.-80 C.-40 D.48
答案 B
解析 5的展开式的通项为Tk+1=C(2x)5-k·k=(-1)k·25-k·C·x5-2k,令5-2k=3,得k=1.于是展开式中含x3的项的系数为(-1)·25-1·C=-80.
3.(2020·山西八校联考)已知(1+x)n的展开式中第5项与第7项的二项式系数相等,则奇数项的二项式系数和为()
A.29 B.210 C.211 D.212
答案 A
解析 由题意得C=C,由组合数性质得n=10,则奇数项的二项式系数和为2n-1=29.
4.(2020·肇庆模拟)已知(1-ax)(1+x)5的展开式中x2的系数为5,则a等于()
A.1B.2 C.-1 D.-2
答案 A
解析 (1-ax)(1+x)5=(1-ax)(1+5x+10x2+10x3+5x4+x5),其展开式中x2的系数为10-5a=5,解得a=1.
5.(x2+2)5的展开式的常数项是()
A.-3B.-2 C.2 D.3
答案D
解析 5的展开式通项为Tk+1=C5-k(-1)k=Cx2k-10(-1)k,由2k-10=0得k=5,所以5的展开式中常数项为C(-1)5=-1.由2k-10=-2得k=4,所以5的展开式中x-2的系数为C(-1)4=5,所以(x2+2)5的展开式的常数项是2×(-1)+5=3.
6.设(1+x)3+(1+x)4+(1+x)5+…+(1+x)50=a0+a1x+a2x2+a3x3+…+a50x50,则a3的值是()
A.C B.2CC.C D.C
答案D
解析 由题意可得a3的值是x3的系数,而x3的系数为C+C+C+…+C=C+C+C+…+C=C.
7.(多选)对于二项式n(n∈N*),下列判断正确的有()
A.存在n∈N*,展开式中有常数项
B.对任意n∈N*,展开式中没有常数项
C.对任意n∈N*,展开式中没有x的一次项
D.存在n∈N*,展开式中有一次项
答案AD
解析 二项式n的展开式的通项公式为Tk+1=Cx4k-n,由通项公式可知,当n=4k(k∈N*)和n=4k-1(k∈N*)时,展开式中分别存在常数项和一次项,故选AD.
8.(多选)(2020·枣庄模拟)已知(x-1)5=a0+a1(x+1)+a2(x+1)2+…+a5(x+1)5,则()
A.a0=-32 B.a2=-80
C.a3+4a4=0 D.a0+a1+…+a5=1
答案 ABC
解析 令x=-1得(-1-1)5=a0,即a0=-32,故A正确.令x=0得(-1)5=a0+a1+…+a5,即a0+a1+…+a5=-1,故D不正确.令x+1=y,则(x-1)5=a0+a1(x+1)+a2(x+1)2+…+a5(x+1)5就变为(y-2)5=a0+a1y+a2y2+…+a5y5,根据二项式定理知,a2即二项式(y-2)5展开式中y2项的系数,Tk+1=Cy5-k(-2)k,故a2=C·(-2)3=-80,B正确.a4=C(-2)1=-10,a3=C(-2)2=40,故C正确,故选ABC.
9.(2020·全国Ⅲ)6的展开式中常数项是________.(用数字作答)
答案 240
解析 6的展开式的通项为
Tk+1=C(x2)6-kk=C2kx12-3k,
令12-3k=0,解得k=4,
所以常数项为C24=240.
10.(2020·辽宁葫芦岛兴城高级中学模拟)已知n的展开式中第2项与第3项的二项式系数之比是2∶5,则x3的系数为________.
答案 240
解析 n的展开式的通项为Tk+1=C·(2x)n-k·k,由展开式中第2项与第3项的二项式系数之比是2∶5,可得C∶C=2∶5,解得n=6.所以Tk+1=(-1)kC26-k·,令6-k=3,解得k=2,所以x3的系数为C26-2(-1)2=240.
11.已知(2x+1)5(a≠0),若其展开式中各项的系数和为81,则a=________,展开式中常数项为________.
答案 -10
解析 在(2x+1)5中,
令x=1,得(a+1)·35=81,解得a=-,
所以(2x+1)5的展开式中的常数项为
·C·2x=10.
12.(2020·浙江)二项展开式(1+2x)5=a0+a1x+a2x2+a3x3+a4x4+a5x5,则a4=________,a1+a3+a5=________.
答案 80122
解析 由题意,得a4=C×24=5×16=80.
当x=1时,
(1+2)5=a0+a1+a2+a3+a4+a5=35=243,①
当x=-1时,
(1-2)5=a0-a1+a2-a3+a4-a5=-1.②
①-②,得2(a1+a3+a5)=243-(-1)=244,
所以a1+a3+a5=122.
13.如图,在杨辉三角中,虚线所对应的斜行的各数之和构成一个新数列,则数列的第10项为()
A.55B.89 C.120 D.144
答案A
解析 由题意,可知a1=1,a2=1,a3=1+1=2,a4=1+2=3,a5=2+3=5,a6=3+5=8,a7=5+8=13,a8=8+13=21,a9=13+21=34,a10=21+34=55.
14.(2021·济南模拟)设(1-ax)2020=a0+a1x+a2x2+…+a2020x2020,若a1+2a2+3a3+…+2020a2 020=2 020a(a≠0),则实数a=________.
答案 2
解析 已知(1-ax)2 020=a0+a1x+a2x2+…+a2020x2 020,两边同时对x求导,
得2 020(1-ax)2 019(-a)=a1+2a2x+3a3x2+…+2020a2 020x2 019,
令x=1得,-2 020a(1-a)2019=a1+2a2+3a3+…+2 020a2020=2 020a,
又a≠0,所以(1-a)2019=-1,即1-a=-1,故a=2.
15.若多项式(2x+3y)n的展开式中仅第5项的二项式系数最大,则多项式n-4的展开式中x2的系数为()
A.-304B.304 C.-208 D.208
答案 A
解析 多项式(2x+3y)n的展开式中仅第5项的二项式系数最大,故展开式有9项,所以n=8,多项式4=4的展开式的通项为Tr+1=C(-4)4-r·r(0≤r≤4,且r∈N).r的展开式的通项Tk+1=C(x2)r-k·k=Cx2r-4k(0≤k≤r,且k∈N,r∈N).令2r-4k=2,即r=2k+1,所以k=0,r=1;k=1,r=3,所以展开式中x2的系数为C·(-4)3+C·C·(-4)=-256-48=-304.
16.设a,b,m为整数(m>0),若a和b被m除得的余数相同,则称a和b对模m同余,记为a≡b(modm).若a=C+C·2+C·22+…+C·220,a≡b(mod10),则b的值可以是()
A.2 018 B.2019 C.2020 D.2021
答案 D
解析 a=C+C·2+C·22+…+C·220=(1+2)20=320=(80+1)5,它被10除所得余数为1,又a≡b(mod10),所以b的值可以是2021.
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