数学选择性必修 第三册6.3 二项式定理教学设计

  二项式定理

【学习目标】

1．理解并掌握二项式定理，了解用计数原理证明二项式定理的方法．

 2．会用二项式定理解决与二项展开式有关的简单问题．

【要点梳理】

要点一：二项式定理

1.定义

一般地,对于任意正整数,都有：

()，

这个公式所表示的定理叫做二项式定理， 等号右边的多项式叫做的二项展开式。

式中的做二项展开式的通项，用Tr+1表示，即通项为展开式的第r+1项：，

其中的系数（r=0，1，2，…，n）叫做二项式系数，

2．二项式(a+b)n的展开式的特点：

(1)项数：共有n+1项，比二项式的次数大1；

(2)二项式系数：第r+1项的二项式系数为，最大二项式系数项居中；

(3)次数：各项的次数都等于二项式的幂指数n．字母a降幂排列，次数由n到0；字母b升幂排列，次数从0到n，每一项中，a，b次数和均为n；

3.两个常用的二项展开式：

①()

②

要点二、二项展开式的通项公式

二项展开式的通项：

（）

公式特点：

①它表示二项展开式的第r+1项，该项的二项式系数是；

②字母b的次数和组合数的上标相同；

③a与b的次数之和为n。

 要点诠释：

    （1）二项式(a+b)n的二项展开式的第r+1项和(b+a)n的二项展开式的第r+1项是有区别的，应用二项式定理时，其中的a和b是不能随便交换位置的．

   （2）通项是针对在(a+b)n这个标准形式下而言的，如(a－b)n的二项展开式的通项是（只需把－b看成b代入二项式定理）。

要点三：二项式系数及其性质

1.杨辉三角和二项展开式的推导。

在我国南宋，数学家杨辉于1261年所著的《详解九章算法》如下表，可直观地看出二项式系数。

展开式中的二项式系数,当依次取1,2,3,…时,如下表所示:

  ………………………………………1   1

  ……………………………………1   2   1

…………………………………1   3   3   1

………………………………1   4   6   4   1

  ……………………………1   5   10  10  5   1

  …………………………1   6   15  20  15  6   1

   ……                           ……         ……

上表叫做二项式系数的表, 也称杨辉三角(在欧洲,这个表叫做帕斯卡三角),反映了二项式系数的性质。表中每行两端都是1，而且除1以外的每一个数都等于它肩上的两个数的和。

用组合的思想方法理解(a+b)n的展开式中的系数的意义：为了得到(a+b)n展开式中的系数，可以考虑在这n个括号中取r个b，则这种取法种数为，即为的系数．

2.的展开式中各项的二项式系数、、…具有如下性质：

①对称性：二项展开式中，与首末两端“等距离”的两项的二项式系数相等，即；

②增减性与最大值：二项式系数在前半部分逐渐增大，在后半部分逐渐减小，在中间取得最大值.其中，当n为偶数时，二项展开式中间一项的二项式系数最大；当n为奇数时，二项展开式中间两项的二项式系数，相等，且最大.

③各二项式系数之和为，即；

④二项展开式中各奇数项的二项式系数之和等于各偶数项的二项式系数之和，

即。

要点诠释：

二项式系数与展开式的系数的区别

二项展开式中，第r+1项的二项式系数是组合数，展开式的系数是单项式的系数，二者不一定相等。

如(a－b)n的二项展开式的通项是，在这里对应项的二项式系数都是，但项的系数是，可以看出，二项式系数与项的系数是不同的概念．

3.展开式中的系数求法（的整数且）

如：展开式中含的系数为

要点诠释：

三项或三项以上的展开式问题，把某两项结合为一项，利用二项式定理解决。

要点四：二项式定理的应用

1.求展开式中的指定的项或特定项（或其系数）.

2.利用赋值法进行求有关系数和。

二项式定理表示一个恒等式，对于任意的a，b，该等式都成立。

利用赋值法（即通过对a、b取不同的特殊值）可解决与二项式系数有关的问题，注意取值要有利于问题的解决，可以取一个值或几个值，也可以取几组值，解决问题时要避免漏项等情况。

设

(1)令x=0，则

(2)令x=1，则

(3)令x=－1，则

(4)

(5)

3.利用二项式定理证明整除问题及余数的求法：

如：求证：能被64整除（）

4.证明有关的不等式问题：

有些不等式，可应用二项式定理，结合放缩法证明，即把二项展开式中的某些正项适当删去(缩小)，或把某些负项删去(放大)，使等式转化为不等式，然后再根据不等式的传递性进行证明。①；②；（）

如：求证：

5.进行近似计算：

求数的次幂的近似值时，把底数化为最靠近它的那个整数加一个小数(或减一个小数)的形式。

当充分小时，我们常用下列公式估计近似值：

①；②；

如：求的近似值，使结果精确到0.01；

类型一、求二项展开式的特定项或特定项的系数

例1. 求的二项式的展开式．

 【思路点拨】  按照二项式的展开式或按通项依次写出每一项，但要注意符号．

【解析】

 （1）解法一：

解法二：

。

【变式】求的二项式的展开式．

【答案】先将原式化简。再展开．

例2．试求：

（1）(x3－)5的展开式中x5的系数；

（2）(2x2－)6的展开式中的常数项；

【思路点拨】先根据已知条件求出二项式的指数n，然后再求展开式中含x的项．因为题中条件和求解部分都涉及指定项问题，故选用通项公式．

【解析】（1）Tr＋1＝

依题意15－5r＝5，解得r＝2

故(－2)2＝40为所求x5的系数

（2）Tr＋1＝(2x2)6-r＝(－1)r·26-r·

依题意12－3r＝0，解得r＝4

故·22＝60为所求的常数项．

【变式1】求的展开式中的二项式系数及的系数.

【答案】，；

通项，

∵，∴，

故展开式中的二项式系数为，

的系数为.

【变式2】求的展开式中的第4项.

【答案】；

。

【变式3】（1）求的展开式常数项； （2）求的展开式的中间两项

【答案】∵，

∴（1）当时展开式是常数项，即常数项为；

（2）的展开式共项，它的中间两项分别是第项、第项，

，

例3． 求二项式的展开式中的有理项．

  【思路点拨】  展开式中第r+1项为，展开式中的有理项，就是通项中x的指数为正整数的项．

【解析】 设二项式的通项为，

令，即r=0，2，4，6，8时，。

∴，

，

，

，

。

    ∴二项式的展开式中的常数项是第9项：；有理项是第1项：x20，第3项：，第5项：，第7项：，第9项：．

【变式】如果在 的展开式中，前三项的系数成等差数列，求展开式中的有理项。

【答案】（1）展开式中前三项的系数分别为1， ，，

由题意得：2×=1+得=8。

设第r+1项为有理项，，则r是4的倍数，所以r=0，4，8。

有理项为。

类型二、  二项式之积及三项式展开问题

例4．求的展开式中的系数.

【思路点拨】 将变形为，要使两个因式的乘积中出现，根据式子的结构可以分类讨论：当前一个因式为1时，后面的应该为；当前一个因式为时，后面的应该为；当前一个因式为时，后面的应该为；也可以利用通项公式化简解答。

【解析】

解法一：

，

的通项公式（），

分三类讨论：

（1）当前一个因式为1时，后面的应该为，即；

（2）当前一个因式为时，后面的应该为，即；

（3）当前一个因式为时，后面的应该为，即；

故展开式中的系数为。

解法二：

的通项公式（），

的通项公式,（），

令,则或或，

从而的系数为。

【变式1】求的展开式中的系数.

【答案】；

的通项公式（），

分二类讨论：

（1）当前一个因式为1时，后面的应该为，即；

（2）当前一个因式为时，后面的应该为，即；

故展开式中的系数为。

【变式2】在(1＋x)5(1-x)4的展开式中，x3的系数为________．

【答案】 (1＋x)5(1-x)4＝(1＋x)(1-x2)4，其中(1-x2)4展开的通项为·(-x2)r，

故展开式中x3的系数为＝-4．

例5. 求(1+x+x2)8展开式中x5的系数．

【思路点拨】要把上式展开，必须先把三项中的某两项结合起来，看成一项，才可以用二项式定理展开，然后再用一次二项式定理，，也可以先把三项式分解成两个二项式的积，再用二项式定理展开

【解析】

解法一：(1+x+x2)8=[1+(x+x2)]8，所以，则x5的系数由(x+x2)r来决定，，令r+k=5，解得或或。

含x5的系数为。

解法二：

        ，

则展开式中含x5的系数为。

    解法三：(1+x+x2)8=(1+x+x2)(1+x+x2)…(1+x+x2)（共8个），这8个因式中乘积展开式中形成x5的来源有三：

    （1）有2个括号各出1个x2，其余6个括号恰有1个括号出1个x，这种方式共有种；

    （2）有1个括号出1个x2，其余7个括号中恰有3个括号各出1个x，共有种；

（3）没有1个括号出x2，恰有5个括号各给出1个x，共有种．所以x5的系数是

．

【变式1】的展开式中的常数项.

【答案】∵ = ∴ 所求展开式中的常数项是-＝－20

【变式2】在(1+x+px2)10的展开式中，试求使x4的系数为最小值时p的值．

【答案】由通项，

又(1+px)r的通项为。

∴。

而m+r=4，且0≤m≤r≤10。

∴，或，或。

∴x4的系数为

。

∴仅当p=－4时，x4的系数为最小。

类型三：有关二项式系数的性质及计算的问题

例6. （1）求(1+2x)7展开式中系数最大的项；

（2）求(1－2x)7展开式中系数最大的项。

【思路点拨】  利用展开式的通项，得到系数的表达式，进而求出其最大值。

【解析】  （1）设第r+1项系数最大，则有

即，

解得，即，∴r=5。

∴系数最大的项为。

（2）展开式共有8项，系数最大的项必为正项，即在第一、三、五、七这四项中取得。又因(1－2x)7括号内的两项中后项系数绝对值大于前项系数绝对值，故系数最大的项必在中间或偏右，故只需要比较T5和T7两项系数大小即可，

，

所以系数最大的项是第五项，。

【变式】设展开式的第10项系数最大，求n.  

【答案】展开式的通项为

∴

∵第10项系数最大，

又∵

∴n=13或n=14

【变式2】 已知的展开式中第五、六、七项的二项式系数成等差数列，求展开式中二项式系数最大的项。

【答案】  因为，所以。

即n2－21n+98=0，解得n=14或7。

当n=14时，第8项的二项式系数最大，。

当n=7时，第4项与第5项的二项式系数最大，

，。

类型四、利用赋值法进行求有关系数和。

例7. 已知(1―2x)7=a0+a1x+a2x2+…+a7x7，求：

（1）a1+a2+…+a7；（2）a1+a3+a5+a7；（3）a0+a2+a4+a6；（4）|a0|+|a1|+|a2|+…+|a7|。

【思路点拨】求展开式的各项系数之和常用赋值法

【解析】  令x=1，则a0+a1+a2+a3+a4+a5+a6+a7=―1  ①，

令x=―1，则a0―a1+a2―a3+a4―a5+a6―a7=37  ②，

（1）因为a0=（或令x=9，得a0=1），所以a1+a2+a3+…+a7=―2。

（2）由（①―②）÷2得。

（3）由（①+②）÷2得。

（4）方法一：因为(1―2x)7展开式中，a0，a2，a4，a6大于零，而a1，a3，a5，a7小于零，

所以|a0|+|a1|+|a2|+…+|a7|=(a0+a2+a4+a6)―(a1+a3+a5+a7)=1093―(―1094)=2187。

方法二：|a0|+|a1|+|a2|+…+|a7|，即(1+2x)7展开式中各项的系数和，所以|a0|+|a1|+…+|a7|=37=2187。

【变式1】已知，求：

（1）；   （2）；  （3）.

【答案】（1）当时，，展开式右边为

∴，

当时，，∴，

（2）令，       ① 

令，     ②

①② 得：，∴ .

（3）由展开式知：均为负，均为正，

∴由（2）中①+② 得：，

∴ ，

∴

【变式1】求值：.

【答案】

【变式2】设，

当时，求的值

【答案】令得：

，

∴，

类型四、 二项式定理的综合运用

例8.求证：（）能被64整除.

【思路点拨】可将化成再进行展开,化简即可证得.

【解析】∵

∴

故（）能被64整除。

【变式1】求证能被10整除

【答案】∵

∴

故能被10整除。

例9：当且>1，求证

【解析】

    从而

【变式】求证：，其中，，。

【答案】

∵，∴，

∴。

例10. 求的近似值，使误差小于0．001．

【思路点拨】因为，所以可以用二项式定理来计算．

【解析】，

∵．

即第3项以后的项的绝对值都小于0.001，

∴从第3项起，以后的项可以忽略不计，

即．

【变式】0.9915精确到0.01的近似值是      

【答案】0.9915=(1-0.009)5=