(新高考)高考数学一轮考点复习10.2《二项式定理》学案 (含详解)
展开第二节 二项式定理
核心素养立意下的命题导向
1.结合二项式定理的推导,考查对二项式定理及通项公式的理解,凸显逻辑推理的核心素养.
2.结合求二项展开式中的特定项及二项式系数性质的研究,考查二项式定理的应用,凸显数学运算的核心素养.
[理清主干知识]
1.二项式定理
(1)定理:
(a+b)n=Can+Can-1b+…+Can-kbk+…+Cbn(n∈N*).
(2)通项:
第k+1项为Tk+1=Can-kbk.
(3)二项式系数:
二项展开式中各项的二项式系数为:C(k=0,1,2,…,n).
2.二项式系数的性质
[澄清盲点误点]
一、关键点练明
1.(特定项的系数) 10的展开式中x2的系数等于( )
A.45 B.20
C.-30 D.-90
解析:选A ∵展开式的通项为Tr+1=(-1)rCxx-(10-r)=(-1)rCx,
令-10+r=2,得r=8,
∴展开式中x2的系数为(-1)8C=45.
2.(二项展开式中常数项)二项式8的展开式的常数项是________.
解析:该二项展开式的通项为Tr+1=Cxr=rCx.令=0,解得r=2,所以所求常数项为C×2=7.
答案:7
3.(二项式系数的性质) 在二项式n的展开式中只有第5项的二项式系数最大,则展开式中含x2项的系数是______.
解析:第5项的二项式系数是C,因为二项式n的展开式中只有第5项的二项式系数最大,所以n=8,所以8的展开式中含x2项的系数是Cx53=-56.
答案:-56
4.(二项式系数和)若n的展开式的所有二项式系数的和为128,则n=________.
解析:由题意,可知2n=128,解得n=7.
答案:7
二、易错点练清
1.(混淆项的系数和与二项式系数)在二项式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________.
解析:由题意得2n=32,所以n=5.令x=1,得各项系数的和为(1-2)5=-1.
答案:-1
2.(错用二项展开式的通项公式)(1+2x)5的展开式中,x3的系数为________.
解析:(1+2x)5=x(1+2x)5+(1+2x)5,
∵x(1+2x)5的展开式中含x3的项为xC(2x)2=40x3,
(1+2x)5的展开式中含x3的项为C(2x)4=80x3,
∴x3的系数为40+80=120.
答案:120
3.(易混淆二项式最大的项和二项式系数最大的项)(2x-1)6的展开式中,二项式系数最大的项的系数是________.(用数字作答)
解析:(2x-1)6的展开式中,二项式系数最大的项是第四项,系数是C23(-1)3=-160.
答案:-160
考点一 二项展开式中特定项及系数问题
考法(一) 形如(a+b)n(n∈N*)的展开式中与特定项相关的量
[例1] (1)(2020·北京高考)在(-2)5的展开式中,x2的系数为( )
A.-5 B.5
C.-10 D.10
(2)若二项式n的展开式中含有常数项,则n的值可以是( )
A.8 B.9
C.10 D.11
[解析] (1)由二项式定理得(-2)5的展开式的通项Tr+1=C()5-r(-2)r= C(-2)rx,令=2,得r=1,所以T2=C(-2)x2=-10x2,所以x2的系数为-10,故选C.
(2)二项式n的通项公式为Tr+1=C(x6)n-r·(-1)r·(x)r=C·(-1)r·x,由题意可知含有常数项,所以只需4n-5r=0,对照选项当n=10时,r=8,故选C.
[答案] (1)C (2)C
[方法技巧] 求形如(a+b)n(n∈N*)的展开式中与特定项相关的量(常数项、参数值、特定项等)的步骤
考法(二) 形如(a+b)m(c+d)n(m,n∈N*)展开式中与特定项相关的量
[例2] (2020·全国卷Ⅰ)(x+y)5的展开式中x3y3的系数为( )
A.5 B.10
C.15 D.20
[解析] 因为(x+y)5的通项公式为Cx5-ryr(r=0,1,2,3,4,5),所以r=1时,Cx4y=5x3y3;r=3时,xCx2y3=10x3y3,所以x3y3的系数为5+10=15.
[答案] C
[方法技巧]
求形如(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.
考法(三) 形如(a+b+c)n(n∈N*)的展开式中与特定项相关的量
[例3] (2021·三明质检)在(2x2+x-1)5的展开式中,x3的系数为________.
[解析] (2x2+x-1)5=[2x2+(x-1)]5,
故Tr+1=C(2x2)5-r(x-1)r,
因为要求x3的系数,
所以r=4或5,
当r=4时,x3的系数为C·2·C·(-1)3=-40,
当r=5时,x3的系数为C·C·(-1)2=10,
所以x3的系数为-40+10=-30.
[答案] -30
[方法技巧]
求形如(a+b+c)n展开式中特定项的步骤
[针对训练]
1.(1-2x)3(2+x)4展开式中x2的系数为( )
A.0 B.24
C.192 D.408
解析:选B 由于(1-2x)3的通项公式为Tr+1=C(-2x)r,(2+x)4的通项公式为Tk+1=C24-kxk.
若(1-2x)3中提供常数项1,(2+x)4的展开式中提供二次项,此时r=0,k=2,则系数为CC22=24;
若(1-2x)3中提供一次项,(2+x)4的展开式中提供一次项,此时r=1,k=1,则系数为-2CC23=-192;
若(1-2x)3中提供二次项,(2+x)4的展开式中提供常数项,此时r=2,k=0, 则系数为4CC24=192,
故展开式中x2的系数为24-192+192=24.故选B.
2.(多选)(2021·邯郸备考)已知4的展开式中各项系数之和为A,第二项的二项式系数为B,则( )
A.A=256 B.A+B=260
C.展开式中存在常数项 D.展开式中含x2项的系数为54
解析:选ABD 令x=1,得4的展开式中各项系数之和为44=256,所以A=256,选项A正确;4的展开式中第二项的二项式系数为C=4,所以B=4,A+B=260,选项B正确;4的展开式的通项公式为Tr+1=C(3x2)4-rr=34-rCx8-3r,
令8-3r=0,则r=,所以展开式中不存在常数项,选项C错误;令8-3r=2,则r=2,所以展开式中含x2项的系数为34-2C=54,选项D正确.
3.4的展开式中x2项的系数为8,则a=________.
解析:4的展开式中第r+1项为Tr+1=Cx4-rr=Carx4-2r,故当r=1时,T2=Cax2,因为x2项的系数为8,所以Ca=8,解得a=2.
答案:2
4.(2020·全国卷Ⅲ)6的展开式中常数项是________(用数字作答).
解析:6的展开式的通项Tr+1=C(x2)6-r·r=C2rx12-3r,令12-3r=0,解得r=4,所以常数项是C24=240.
答案:240
考点二 二项式系数的性质及各项系数和
[典例] 二项式(2x-3y)9的展开式中,求:
(1)二项式系数之和;
(2)各项系数之和;
(3)所有奇数项系数之和;
(4)各项系数绝对值之和.
[解] 设(2x-3y)9=a0x9+a1x8y+a2x7y2+…+a9y9.
(1)二项式系数之和为C+C+C+…+C=29.
(2)各项系数之和为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-…-a9=59,②
①+②得a0+a2+a4+a6+a8=,此即为所有奇数项系数之和.
(4)|a0|+|a1|+|a2|+…+|a9|=a0-a1+a2-…-a9,
令x=1,y=-1,得|a0|+|a1|+|a2|+…+|a9|=a0-a1+a2-…-a9=59,此即为各项系数绝对值之和.
[方法技巧]
1.赋值法的应用
(1)形如(ax+b)n,(ax2+bx+c)m(a,b∈R)的式子,求其展开式的各项系数之和,只需令x=1即可.
(2)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.
2.二项展开式各项系数和、奇数项系数和与偶数项系数和的求法
若f(x)=a0+a1x+a2x2+…+anxn,则f(x)的展开式中:
(1)各项系数之和为f(1).
(2)奇数项系数之和为a0+a2+a4+…=.
(3)偶数项系数之和为a1+a3+a5+…=.
[提醒] 注意区分二项式系数与二项展开式的各项系数.
[针对训练]
1.(多选)若(1-2x)5=a0+a1x+a2x2+a3x3+a4x4+a5x5,则下列结论中正确的是( )
A.a0=1
B.a1+a2+a3+a4+a5=2
C.a0-a1+a2-a3+a4-a5=35
D.a0-|a1|+a2-|a3|+a4-|a5|=-1
解析:选ACD 因为(1-2x)5=a0+a1x+a2x2+a3x3+a4x4+a5x5,令x=0,则a0=15=1,故A正确;
令x=1,得-1=a0+a1+a2+a3+a4+a5,所以a1+a2+a3+a4+a5=-1-a0=-2,故B错误;
令x=-1,得35=a0-a1+a2-a3+a4-a5,故C正确;
因为二项式(1-2x)5的展开式的第r+1项为Tr+1=C(-2)rxr,
所以当r为奇数时,C(-2)r为负数,即ai<0(其中i为奇数),
所以a0-|a1|+a2-|a3|+a4-|a5|=a0+a1+a2+a3+a4+a5=-1,故D正确.
2.在二项式n的展开式中,各项系数之和为A,各项二项式系数之和为B,且A+B=72,则展开式中常数项的值为________.
解析:令x=1,得各项系数的和为4n,而各项的二项式系数的和等于2n,根据已知,得方程4n+2n=72,解得n=3.所以二项展开式的通项Tr+1=C()3-rr=3rCx ,显然当r=1时,Tr+1是常数项,值为3C=9.
答案:9
一、创新思维角度——融会贯通学妙法
巧用二项式系数的性质解题
题型(一) 对称性问题
[例1] 已知(1+x)n的展开式中第4项与第8项的二项式系数相等,则这两项的二项式系数为________.
[解析] 根据题设,第4项与第8项的二项式系数相等,则C=C.由组合数的性质得n=10,则展开式中第4项与第8项的系数为C=C=120.
[答案] 120
[名师微点]
利用二项展开式的特点与组合数的性质可得二项式系数的对称性,但要注意到二项式系数、项的系数是两个不同的概念,二项式系数与二项展开式中某一项的系数也不一定相同,因此二项展开式的字母系数不一定具有这一性质.
题型(二) 增减性与最大值问题
[例2] 若(1+x)n(n∈N*)的二项展开式中,只有x5的系数最大,则n=________.
[解析] 根据题意,二项展开式中只有x5的系数最大,而x5是展开式的第6项,因此第6项为展开式的中间项,则展开式共有11项,故n=10.
[答案] 10
[名师微点]
“若二项式的幂指数是偶数,则中间一项的二项式系数最大;若二项式的幂指数是奇数,则中间两项的二项式系数最大”,这是二项展开式中二项式系数的重要性质.
题型(三) 系数之和问题
[例3] 已知n的展开式中,各项系数的和与其各项二项式系数的和之比为64,则n=________.
[解析] 展开式中各项系数的和为4n,各项二项式系数的和为2n,则2n=64,解得n=6.
[答案] 6
[名师微点]
赋值法是求二项展开式系数问题时常用的方法,但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,解题时注意避免漏项等情况.
二、创新考查方式——领悟高考新动向
1.已知(x+2)9=a0+a1x+a2x2+…+a9x9,则(a1+3a3+5a5+7a7+9a9)2-(2a2+4a4+6a6+8a8)2的值为( )
A.39 B.310
C.311 D.312
解析:选D 对(x+2)9=a0+a1x+a2x2+…+a9x9两边同时求导,得9(x+2)8=a1+2a2x+3a3x2+…+8a8x7+9a9x8,
令x=1,得a1+2a2+3a3+…+8a8+9a9=310,
令x=-1,得a1-2a2+3a3-…-8a8+9a9=32.
所以(a1+3a3+5a5+7a7+9a9)2-(2a2+4a4+6a6+8a8)2=(a1+2a2+3a3+…+8a8+9a9)(a1-2a2+3a3-…-8a8+9a9)=312,故选D.
2.(2021·辽宁大连第二十四中学高三期中)已知正项等比数列{an}中,a3=3a1a2,a4=,用{x}表示实数x的小数部分,如{1.5}=0.5,{2.4}=0.4,记bn={an},则数列{bn}的前15项的和S15为________.
解析:设等比数列{an}的公比为q(q>0),由a3=3a1a2得a1q2=3aq,易知a1≠0,q≠0,所以q=3a1,由a4=得=,解得q=4或q=-4(舍去),所以a1=,则an=a1qn-1=.
由==(3n+C3n-1+…+3C+C)=3n-1+C3n-2+…+C+,
所以bn=,则S15=15×=5.
答案:5
3.已知多项式(x+1)3(x+2)2=x5+a1x4+a2x3+a3x2+a4x+a5,则a4=________,a5=________.
解析:由题意知a4为展开式含x的项的系数,根据二项式定理得a4=C×12×C×22+C×13×C×2=16,a5是常数项,所以a5=C×13×C×22=4.
答案:16 4
一、基础练——练手感熟练度
1.6的展开式中x的系数为( )
A.-12 B.12
C.-192 D.192
解析:选A 二项式6的展开式的通项公式为 Tr+1=C·(-2)r·x,令3-=,求得r=1,可得展开式中x的系数为-12,故选A.
2.(1+x)5+(1+x)6+(1+x)7的展开式中x4的系数为( )
A.50 B.55
C.45 D.60
解析:选B (1+x)5+(1+x)6+(1+x)7的展开式中x4的系数是C+C+C=55.故选B.
3.已知(x+1)n的展开式的各项系数和为32,则展开式中x4的系数为( )
A.20 B.15
C.10 D.5
解析:选D 由题意知(x+1)n的展开式的各项系数和为32,即(1+1)n=2n=32,解得n=5,则二项式(x+1)5的展开式中x4的项为Cx4=5x4,所以x4的系数为5,故选D.
4.在(1-x)5(2x+1)的展开式中,含x4项的系数为( )
A.-5 B.-15
C.-25 D.25
解析:选B 因为(1-x)5=(-x)5+5x4+C(-x)3+…,所以在(1-x)5·(2x+1)的展开式中,含x4项的系数为5-2C=-15.故选B.
5.(2020·天津高考)在5的展开式中,x2的系数是________.
解析:二项式5的展开式的通项为Tr+1=C·x5-r·r=C·2r·x5-3r.令5-3r=2得r=1.因此,在5的展开式中,x2的系数是C·21=10.
答案:10
6.已知m∈Z,二项式(m+x)4的展开式中x2的系数比x3的系数大16,则m=________.
解析:由Cm2-Cm=16,得3m2-2m-8=0,解得m=2或m=-,因为m∈Z,所以m=2.
答案:2
二、综合练——练思维敏锐度
1.二项式8的展开式中x2的系数是-7,则a=( )
A.1 B.
C.- D.-1
解析:选B 由题意,二项式8的展开式中的通项公式Tr+1=C(-a)rx8-2r,
令8-2r=2,解得r=3,
所以含x2项的系数为C(-a)3=-7,解得a=.
2.若6展开式的常数项为60,则a值为( )
A.4 B.±4
C.2 D.±2
解析:选D 因为6展开式的通项为Tk+1=Ca6-kx6-k(-1)kx=
Ca6-k(-1)kx,令6-k=0,则k=4,所以常数项为Ca6-4(-1)4=60,即7a2=60,所以a=±2.故选D.
3.(2021年1月新高考八省联考卷)(1+x)2+(1+x)3+…+(1+x)9的展开式中x2的系数是( )
A.60 B.80
C.84 D.120
解析:选D (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.故选D.
4.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.-126 B.-70
C.-56 D.-28
解析:选C ∵只有第5项的二项式系数最大,
∴n=8,8的展开式的通项为
Tk+1=(-1)kCx (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.
5.若二项式7的展开式中的各项系数之和为-1,则含x2的项的系数为( )
A.560 B.-560
C.280 D.-280
解析:选A 取x=1,得二项式7的展开式中的各项系数之和为(1+a)7,即 (1+a)7=-1,解得a=-2.二项式7的展开式的通项为Tr+1=C·(x2)7-r·r= C·(-2)r·x14-3r.令14-3r=2,得r=4.因此,二项式7的展开式中含x2项的系数为 C·(-2)4=560,故选A.
6.(2021·海口调研)(+x)5的展开式中系数为有理数的各项系数之和为( )
A.1 B.20
C.21 D.31
解析:选C 因为(+x)5展开式的通项为Tk+1=C()5-kxk=C2xk,因此,要使系数为有理数,只需为正整数,又因为0≤k≤5且k∈Z,所以k=2,5,
因此系数为有理数的项为C()3x2,x5,
故所求系数之和为20+1=21.
7.(2021·辽宁八市重点高中联考)已知(2m+x)(1+x)4的展开式中x的奇数次幂项的系数之和为64,则m=( )
A. B.
C.4 D.7
解析:选B 设(2m+x)(1+x)4=a0+a1x+a2x2+a3x3+a4x4+a5x5,
令x=1,得(2m+1)×24=a0+a1+a2+a3+a4+a5.①
令x=-1,得0=a0-a1+a2-a3+a4-a5.②
①-②,得16(2m+1)=2(a1+a3+a5)=2×64,解得m=,故选B.
8.设(2-x)5=a0+a1x+a2x2+…+a5x5,则的值为( )
A.- B.-
C.- D.-
解析:选C 由二项式定理,得a1=-C·24=-80,a2=C·23=80,a3=-C·22=-40,a4=C·2=10,所以=-,故选C.
9.在5的展开式中,x3的系数等于-5,则该展开式的各项的系数中最大值为( )
A.5 B.10
C.15 D.20
解析:选B 5的展开式的通项
Tr+1=Cx5-rr=(-a)rCx5-2r,
令5-2r=3,则r=1,所以-a×5=-5,即a=1,
展开式中第2,4,6项的系数为负数,第1,3,5项的系数为正数,故各项的系数中最大值为C=10,故选B.
10.(多选)若n的展开式中最中间的一项是-x,则( )
A.a=
B.展开式中所有项的二项式系数之和为64
C.展开式中的所有项的系数和为
D.展开式中的常数项为
解析:选BCD 因为n的展开式中存在最中间的一项,所以n必然为偶数,且最中间的一项为==-x,所以·(-)=-,=,解得n=6,a=,故A错误;展开式中所有项的二项式系数之和为2n=26=64,故B正确;n=6,令x=1,得展开式中所有项的系数和为6=,故C正确;因为二项展开式的通项公式为Tr+1=Cx6-rr=Crx,令6-=0,得r=4,所以展开式中的常数项为T5=C×4=,故D正确.故选BCD.
11.已知10的展开式中含有x的系数是-120,则a=________.
解析:由二项式定理的展开式可得Cx10-rr=Crx.
因为x的系数是-120,所以x=x.
解得r=3.
所以系数为C3=-120.解得a=1.
答案:1
12.若(1+2 020x)2 020=a0+a1x+a2x2+…+a2 020x2 020,则+++…+=__________.
解析:因为==nC=2 020C,
所以+++…+
=2 020(C+C+…+C)=2 020×
=2 020×22 018.
答案:2 020×22 018
13.已知(1+x)+(1+x)2+…+(1+x)n=a0+a1x+a2x2+…+anxn(n∈N*),若a0+a1+…+an=62,则logn25等于________.
解析:令x=1可得a0+a1+a2+…+an=2+22+23+…+2n==2n+1-2=62,解得n=5,所以logn25=2.
答案:2
14.(2021·青岛模拟)已知(1+x)n=a0+a1x+a2x2+…+anxn(n∈N*),设Sn=a0+a1+a2+…+an,数列的前n项和为Tn,当|Tn-1|≤时,n的最小整数值为________.
解析:因为(1+x)n=a0+a1x+a2x2+…+anxn(n∈N*),令x=1,得Sn=a0+a1+a2+…+an=2n,所以=,所以Tn==1-,所以|Tn-1|≤即为≤,所以n≥11,即n的最小整数值为11.
答案:11
15.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|.
解: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)∵a0=C=1,
∴a1+a2+a3+…+a7=-2.
(2)(①-②)÷2,得a1+a3+a5+a7==-1 094.
(3)(①+②)÷2,得a0+a2+a4+a6==1 093.
(4)∵(1-2x)7展开式中a0,a2,a4,a6大于零,而a1,a3,a5,a7小于零,
∴|a0|+|a1|+|a2|+…+|a7|
=(a0+a2+a4+a6)-(a1+a3+a5+a7)
=1 093-(-1 094)=2 187.
16.已知n的展开式中,前三项的系数成等差数列.
(1)求n;
(2)求展开式中的有理项;
(3)求展开式中系数最大的项.
解:(1)由二项展开式知,前三项的系数分别为C,C,C,
由已知得2×C=C+C,解得n=8(n=1舍去).
(2)8的展开式的通项Tr+1=C()8-r·r=2-rCx(r=0,1,…,8),
要求有理项,则4-必为整数,即r=0,4,8,共3项,这3项分别是T1=x4,T5=x,T9=.
(3)设第r+1项的系数ar+1最大,则ar+1=2-rC,
则==≥1,
==≥1,解得2≤r≤3.
当r=2时,a3=2-2C=7,当r=3时,a4=2-3C=7,
因此,第3项和第4项的系数最大,
故系数最大的项为T3=7x,T4=7x.
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