高考数学一轮复习 专题11.3 二项式定理(讲)
展开高考数学一轮复习策略
1、揣摩例题。
课本上和老师讲解的例题,一般都具有一定的典型性和代表性。要认真研究,深刻理解,要透过“样板”,学会通过逻辑思维,灵活运用所学知识去分析问题和解决问题,特别是要学习分析问题的思路、解决问题的方法,并能总结出解题的规律。
2、精练习题
复习时不要搞“题海战术”,应在老师的指导下,选一些源于课本的变式题,或体现基本概念、基本方法的基本题,通过解题来提高思维能力和解题技巧,加深对所学知识的深入理解。在解题时,要独立思考,一题多思,一题多解,反复玩味,悟出道理。
3、加强审题的规范性
每每大考过后,总有同学抱怨没考好,纠其原因是考试时没有注意审题。审题决定了成功与否,不解决这个问题势必影响到高考的成败。那么怎么审题呢? 应找出题目中的已知条件 ;善于挖掘题目中的隐含条件 ;认真分析条件与目标的联系,确定解题思路 。
4、重视错题
“错误是最好的老师”,但更重要的是寻找错因,及时进行总结,三五个字,一两句话都行,言简意赅,切中要害,以利于吸取教训,力求相同的错误不犯第二次。
专题11.3 二项式定理
新课程考试要求 | 1.了解“杨辉三角”的特征,掌握二项式系数的性质及其简单应用. 2.掌握二项式定理,会用二项式定理解决有关的简单问题. |
核心素养 | 本节涉及培养学生的数学运算、逻辑推理、数据分析等核心数学素养. |
高考预测 | (1)考查二项式定理; (2)考查通项公式的应用; (3)考查二项式系数的性质. (4)热点是通项公式的应用,利用通项公式求特定项或特定的项的系数,或已知某项,求指数n,求参数的值等. |
【知识清单】
一. 二项式定理
1. 二项式定理
,这个公式所表示的定理叫做二项式定理,右边的多项式叫做的二项展开式,其中的系数 ()叫做二项式系数.式中的叫做二项展开式的通项,用表示,即展开式的第项;.
2.二项展开式形式上的特点
(1)项数为.
(2)各项的次数都等于二项式的幂指数,即与的指数的和为.
(3)字母按降幂排列,从第一项开始,次数由逐项减1直到零;字母按升幂排列,从第一项起,次数由零逐项增1直到.
(4)二项式的系数从,,一直到,.
二. 二项式系数的性质
1. 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,即,,,.
(2)增减性与最大值:二项式系数,当时,二项式系数是递增的;由对称性知:当时,二项式系数是递减的.
当是偶数时,中间的一项取得最大值.
当是奇数时,中间两项 和相等,且同时取得最大值.
(3)各二项式系数的和
的展开式的各个二项式系数的和等于,即,二项展开式中,偶数项的二项式系数的和等于奇数项的二项式系数的和,即,
2.注意:(1).分清是第项,而不是第项.
(2).在通项公式中,含有、、、、、这六个参数,只有、、、是独立的,在未知、的情况下,用通项公式解题,一般都需要首先将通式转化为方程(组)求出、,然后代入通项公式求解.
(3).求二项展开式中的一些特殊项,如系数最大项,常数项等,通常都是先利用通项公式由题意列方程,求出,再求所需的某项;有时则需先求,计算时要注意和的取值范围以及 它们之间的大小关系.
(4) 在中,就是该项的二项式系数,它与,的值无关;而项的系数是指化简后字母外的数.
三. 二项式定理的应用
二项式的应用
(1)求某些多项式系数的和;
(2)证明一些简单的组合恒等式;
(3)证明整除性,①求数的末位;②数的整除性及求系数;③简单多项式的整除问题;
(4)近似计算.当充分小时,我们常用下列公式估计近似值:
①;②;
(5)证明不等式.
【考点分类剖析】
考点一 : 二项式定理
【典例1】(2017·全国高考真题(理))(2017新课标全国卷Ⅰ理科)展开式中的系数为( )
A.15 B.20
C.30 D.35
【答案】C
【解析】
因为,则展开式中含的项为,展开式中含的项为,故的系数为,选C.
【典例2】(2020·全国高考真题(理))的展开式中常数项是__________(用数字作答).
【答案】
【解析】
其二项式展开通项:
当,解得
的展开式中常数项是:.
故答案为:.
【典例3】(2020·天津高考真题)在的展开式中,的系数是_________.
【答案】10
【解析】
因为的展开式的通项公式为,令,解得.
所以的系数为.
故答案为:.
【典例4】(2020·江苏省太湖高级中学高二期中)的展开式中的项的系数是________.
【答案】1560
【解析】
由题意,,
因为的展开式的通项公式为,的展开式的通项公式为,
所以的展开式中的项的系数是.
故答案为:1560.
【规律方法】
1.二项展开式问题的常见类型及解法
(1)求展开式中的特定项或其系数.可依据条件写出第k+1项,再由特定项的特点求出k值即可.
(2)已知展开式的某项或其系数求参数.可由某项得出参数项,再由通项公式写出第k+1项,由特定项得出k值,最后求出其参数.
2.求解形如(a+b)n(c+d)m的展开式问题的思路
(1)若n,m中一个比较小,可考虑把它展开得到多个,如(a+b)2(c+d)m=(a2+2ab+b2)(c+d)m,然后展开分别求解.
(2)观察(a+b)(c+d)是否可以合并,如(1+x)5(1-x)7=[(1+x)(1-x)]5(1-x)2=(1-x2)5(1-x)2;
(3)分别得到(a+b)n,(c+d)m的通项公式,综合考虑.
3.求形如(a+b+c)n展开式中特定项的方法
逐层展开法的求解步骤:
【变式探究】
1.(2018·全国高考真题(理))的展开式中的系数为( )
A.10 B.20 C.40 D.80
【答案】C
【解析】
由题可得
令,则
所以
故选C.
2.(2019·天津高考真题(理))是展开式中的常数项为________.
【答案】
【解析】
,
由,得,
所以的常数项为.
3.(2020·浙江省高考真题)设,则a5=________;a1+a2 + a3=________.
【答案】80
122
【解析】
【分析】
利用二项式展开式的通项公式计算即可.
【详解】
的通项为,令,则,故;.
故答案为:80;122
4.(2017·山东高考真题(理))已知 的展开式中含有 项的系数是54,则n=_____________.
【答案】
【解析】
(1+3x)n的展开式中通项公式:Tr+1(3x)r=3rxr.
∵含有x2的系数是54,∴r=2.
∴54,可得6,∴6,n∈N*.
解得n=4.
故答案为:4.
【特别提醒】
在应用通项公式时,要注意以下几点:
①它表示二项展开式的任意项,只要与确定,该项就随之确定;
②是展开式中的第项,而不是第项;
③公式中,,的指数和为且,不能随便颠倒位置;
④对二项式展开式的通项公式要特别注意符号问题.
⑤在二项式定理的应用中,“赋值思想”是一种重要方法,是处理组合数问题、系数问题的经典方法.
考点二 : 二项式系数的性质及各项系数和
【典例5】(2021·浙江·高三期中)若多项式,则_______.
【答案】29
【分析】
在中令,则.
方法一:构造,求出的系数即为,即可求解.
方法二:对原式二次导数,令即可求出,即可求解.
【详解】
方法一:
令则,,
所以
方法二:
令则,
,令,则,.
【典例6】(2021·上海·格致中学高三期中)如果,则______.
【答案】127
【分析】
依题意可得,计算,然后计算即可.
【详解】
由题可知: ,所以
所以,由,所以结果为127
故答案为:127
【典例7】(2021·广东·广州市协和中学高二期中)已知,则________________.
【答案】
【分析】
首先根据二项式系数性质得到为正数,为负数,从而得到,再令求解即可.
【详解】
由题知:中,
为正数,为负数,
所以.
令得:,
所以
故答案为:243
【总结提升】
1.赋值法在求各项系数和中的应用
(1)形如(ax+b)n,(ax2+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,只需令x=1即可.
(2)对形如(ax+by)n(a,b∈R)的式子求其展开式各项系数之和,只需令x=y=1即可.
(3)若f(x)=a0+a1x+a2x2+…+anxn,则f(x)展开式中各项系数之和为f(1).
①奇数项系数之和为a0+a2+a4+…=.
②偶数项系数之和为a1+a3+a5+…=.
2.二项式系数最大项的确定方法
(1)如果n是偶数,则中间一项的二项式系数最大;
(2)如果n是奇数,则中间两项的二项式系数相等并最大.
3.展开式系数最大值的两种求解思路
(1)由于展开式系数是离散型变量,因此在系数均为正值的前提下,求最大值只需解不等式组即可求得答案.
(2)由于二项展开式中的系数是关于正整数n的式子,可以看作关于n的数列,通过判断数列单调性的方法从而判断系数的增减性,并根据系数的单调性求出系数的最值.
【变式探究】
1.(2019·内蒙古高二期中(理))已知,,则自然数等于( )
A.6 B.5 C.4 D.3
【答案】C
【解析】
由题意,令,则,
因为,所以,解得.
故选:C.
2.(2021·浙江·高三月考)已知多项式,则__________,__________.
【答案】 2
【分析】
根据题意由二项式定理,逐个分析系数即可.
【详解】
解:中,系数为1,系数为3,系数为3,常数项为1,
中,系数为1,系数为,常数项为4.
则,
,
,
,
则,
故答案为:,.
3.(2021·浙江丽水·高三期中)若,则________,________.
【答案】
【分析】
由二项式定理及展开式通项公式得:,令,得,结合得所求解.
【详解】
由题意可知为展开式的系数,
由二项式定理可得:的通项公式为,
所以令,得,
所以.
因为
令,得,
所以
故答案为:;.
【特别提醒】
1.对于二项式系数问题,应注意以下几点:
①求二项式所有项的系数和,可采用“特殊值取代法”,通常令字母变量的值为1;
②关于组合恒等式的证明,常采用“构造法”——构造函数或构造同一问题的两种算法;[来源:学_科_网]
③证明不等式时,应注意运用放缩法.
2.对于二项式系数问题,首先要熟记二项式系数的性质,其次要掌握赋值法,赋值法是解决二项式系数问题的一个重要手段.
3.多项式乘法的进位规则:在求系数过程中,尽量先化简,降底数的运算级别,尽量化成加减运算,在运算过程可以适当注意令值法的运用,例如求常数项,可令.在二项式的展开式中,要注意项的系数和二项式系数的区别.
考点三 : 二项式定理的应用
【典例8】(2012·湖北高考真题(理))设,且,若能被13整除,则( )
A.0 B.1
C.11 D.12
【答案】D
【解析】
本题考察二项展开式的系数.
由于51=52-1,,
又由于13|52,所以只需13|1+a,0≤a<13,所以a=12选D.
【典例9】(2019·湖北高二期末(理))的计算结果精确到个位的近似值为( )
A.106 B.107 C.108 D.109
【答案】B
【解析】
∵,
∴.
故选:B
【典例10】(多选题)我国南宋数学家杨辉1261年所著的《详解九章算法》就给出了著名的杨辉三角,由此可见我国古代数学的成就是非常值得中华民族自豪的.以下关于杨辉三角的猜想中正确的有( )
A.由“与首末两端‘等距离’的两个二项式系数相等”猜想:
B.由“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”猜想:
C.由“第行所有数之和为”猜想:
D.由“,,”猜想
【答案】ABC
【解析】
由杨辉三角的性质以及二项式定理可知A、B、C正确;
,故D错误.
故选:ABC.
【典例11】(2021·全国·高二课时练习)当是大于的正整数且时,求证:.
【答案】证明见解析.
【分析】
利用二项式定理可得展开式,由可得结论.
【详解】
由二项式定理可知:,
,,.
【总结提升】
二项式定理应用的常见题型及求解策略
1.逆用二项式定理的关键是根据所给式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.
3. 近似计算要首先观察精确度,然后选取展开式中若干项.
【特别提醒】
用二项式定理证明整除问题,一般将被除式变为有关除式的二项式的形式再展开,常采用“配凑法”“消去法”配合整除的有关知识来解决.
【变式探究】
1.(多选题)(2020·江苏省太湖高级中学高二期中)设,下列结论正确的是( )
A. B.
C.中最大的是 D.当时,除以2000的余数是1
【答案】ABD
【解析】
将原二项展开式转化为,再逐一判断.
详解:
由,
得,
所以,故A正确;
,故B正确;
中最大的是,故C错误;
当时,,能被2000整除,所以除以2000的余数是1,故D正确;
故选:ABD
2.若n是正整数,则7n+7n-1C+7n-2C+…+7C除以9的余数是 .
【答案】0或7
【解析】
根据二项式定理可知,7n+7n-1C+7n-2C+…+7C=(7+1)n-1=8n-1,又因为8n-1=(9-1)n-1=9n+C9n-1·(-1)+C9n-2·(-1)2+…+C9·(-1)n-1+(-1)n-1,所以当n为偶数时,除以9的余数为0,当n为奇数时,除以9的余数为7.
3.(2021·全国·高三专题练习)(数学文化)杨辉三角在我国南宋数学家杨辉1261年所著的《详解九章算法》一书中被记载.如图所示的杨辉三角中,第15行第13个数是______.(用数字作答)
第0行 | 1 | |||||||||
第1行 | 1 | 1 | ||||||||
第2行 | 1 | 2 | 1 | |||||||
第3行 | 1 | 3 | 3 | 1 | ||||||
第4行 | 1 | 4 | 6 | 4 | 1 | |||||
| …… | |||||||||
【答案】455
【分析】
对数据进行多角度观察,进而找出每一行的数与数之间,行与行之间的规律,进而求得答案.
【详解】
由题图可知,第1行:,,第2行:,,,第3行:,,,,第4行:,,,,,…,
观察可得第n行第r()个数为,所以第15行第13个数为.
故答案为:455.
4.(2021·全国·高二课时练习)设,求:
(1);
(2);
(3).
【答案】
(1)
(2)
(3)
【分析】
(1)分别令和,作差即可得到结果;
(2)令即可求得结果;
(3)由和所得式子作和即可推导得到结果.
(1)
令得:;令得:,
.
(2)
令得:.
(3)
由(1)(2)知:,
两式作和得:,.
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