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    高考数学一轮复习第9章第2课时二项式定理学案

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    这是一份高考数学一轮复习第9章第2课时二项式定理学案,共18页。

    1.二项式定理
    (1)二项式定理:(a+b)n=Cn0an+Cn1an-1b+…+Cnkan-kbk+…+Cnnbn(n∈N*);
    (2)通项公式:Tk+1=Cnkan-kbk,它表示展开式的第k+1项;
    (3)二项式系数:二项展开式中各项的系数Cn0,Cn1,…,Cnn.
    提醒:(a+b)n的展开式与(b+a)n的展开式的项完全相同,但对应的项不相同,而且两个展开式的通项不同.
    2.二项式系数的性质
    3.各二项式系数的和
    (1)(a+b)n展开式的各二项式系数的和:Cn0+Cn1+Cn2+…+Cnn=2n.
    (2)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Cn0+Cn2+Cn4+…=Cn1+Cn3+Cn5+…=2n-1.
    [常用结论]
    赋值法的应用
    (1)在二项式定理中,令a=1,b=x,得(1+x)n=Cn0+Cn1x+Cn2x2+…+Cnkxk+…+Cnnxn.
    (2)若f(x)=a0+a1x+a2x2+…+anxn,则
    ①a0+a1+a2+…+an=f(1).
    ②奇数项系数之和为a0+a2+a4+…=f1+f-12.
    ③偶数项系数之和为a1+a3+a5+…=f1-f-12.

    一、易错易混辨析(正确的打“√”,错误的打“×”)
    1Cnkan-kbk是(a+b)n的展开式中的第k项.( )
    (2)二项展开式中,系数最大的项为中间一项或中间两项.( )
    (3)(a+b)n的展开式中某一项的二项式系数与a,b无关.( )
    (4)通项Tk+1=Cnkan-kbk中的a和b不能互换.( )
    [答案] (1)× (2)× (3)√ (4)√
    二、教材习题衍生
    1.(人教A版选择性必修第三册P30例2改编)(1-2x)4展开式中第3项的二项式系数为( )
    A.6 B.-6
    C.24 D.-24
    A [(1-2x)4展开式中第3项的二项式系数为C42=6.故选A.]
    2.(人教A版选择性必修第三册P34习题6.3T5(3)改编)2x-134x6的展开式的中间项为( )
    A.-40 B.-40x2
    C.40 D.40x2
    B [2x-134x6的展开式的中间项为C63(2x)3·-134x3=-40x2.故选B.]
    3.(人教A版选择性必修第三册P35习题6.3T8改编)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,那么此展开式中二项式系数最大的项为( )
    A.252x3 B.210x4
    C.252x5 D.210x6
    C [由题意可得,二项式的展开式满足Tk+1=Cnkxk,且有Cn3=Cn7,因此n=10.故二项式系数最大的项为C105x5=252x5.故选C.]
    4.(人教A版选择性必修第三册P34习题6.3T2改编)(x+1)5(x-2)的展开式中x2的系数为________.
    -15 [(x+1)5(x-2)=x(x+1)5-2(x+1)5展开式中含有x2的项为5x2-20x2=-15x2.
    故x2的系数为-15.]
    考点一 二项展开式的通项公式的应用
    形如(a+b)n的展开式问题
    [典例1] (1)(2022·上海春季高考)已知二项式x3+1x12,则展开式中含1x4项的系数为________.
    (2)在二项式(2+x)9的展开式中,常数项是________;系数为有理数的项的个数是________.
    (1)66 (2)162 5 [(1)展开式的通项公式为Tk+1=C12k(x3)12-k1xk=C12kx36-4k,由36-4k=-4,得4k=40,得k=10,即T11=C1210x-4=66x4,即含1x4项的系数为66.
    (2)由题意,(2+x)9的通项为Tk+1=C9k(2)9-kxk(k=0,1,2,…,9),当k=0时,可得常数项为T1=C90(2)9=162;若展开式的系数为有理数,则k=1,3,5,7,9,有T2,T4,T6,T8,T10共5个项.]
    形如(a+b)n(c+d)m的展开式问题
    [典例2] (1)(2022·江苏南通模拟)在(x+1)(x+2)·(x+3)(x+4)的展开式中,含x3项的系数为( )
    A.50 B.35 C.24 D.10
    (2)(2022·新高考Ⅰ卷)1-yx(x+y)8的展开式中x2y6的系数为______.(用数字作答)
    (1)D (2)-28 [(1)(x+1)(x+2)(x+3)(x+4)展开式的x3项是4个因式中任取3个用x,另一个因式用常数项相乘积的和,则(x+1)(x+2)(x+3)·(x+4)展开式中的x3项为x3·4+x3·3+x3·2+x3·1=10x3,
    所以含x3项的系数为10.故选D.
    (2)因为1-yx(x+y)8=(x+y)8-yx(x+y)8,
    所以1-yx(x+y)8的展开式中含x2y6的项为C86x2y6-yxC85x3y5=-28x2y6,
    所以1-yx(x+y)8的展开式中x2y6的系数为-28.]
    形如(a+b+c)n的展开式问题
    [典例3] x2-2x +y6的展开式中,x3y3的系数是________.(用数字作答)
    -120 [x2-2x+y6表示6个因式x2-2x+y的乘积,在这6个因式中,有3个因式选y,其余的3个因式中有2个选x2,剩下一个选-2x,即可得到x3y3的系数,即x3y3的系数是C63C32×(-2)=20×3×(-2)=-120.]
    几种求展开式特定项的解法
    (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.
    [跟进训练]
    1.(1)若(x2-a)x+1x10的展开式中x6的系数为30,则a等于( )
    A.13 B.12
    C.1 D.2
    (2)(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
    (3)(1+2x-3x2)5的展开式中x5的系数为______________.
    (1)D (2)D (3)92 [(1)由题意得x+1x10的展开式的通项公式是Tk+1=C10k·x10-k·1xk=C10kx10-2k,x+1x10的展开式中含x4(当k=3时),x6(当k=2时)项的系数分别为C103,C102,因此由题意得C103-aC102=120-45a=30,由此解得a=2,故选D.
    (2)(1+x)2+(1+x)3+…+(1+x)9=1+x21-1+x81-1+x=1+x10-1+x2x,所以x2的系数为C103=120,故选D.
    (3)法一:(1+2x-3x2)5=(1-x)5(1+3x)5,所以x5的系数为C50C5535+C51-1C5434+C52-12C5333+C53-13C5232+C54-14C5131+C55-15C5030=92.
    法二:(1+2x-3x2)5=[(1+2x)-3x2]5=C50(1+2x)5+C51(1+2x)4(-3x2)+C52(1+2x)3(-3x2)2+…+C55(-3x2)5,
    所以x5的系数为C50C5525+C51C43×23×-3+C52C31×2×(-3)2=92.]
    考点二 二项式系数的和与各项的系数和问题
    [典例4] (1)(多选)已知(1-2x)2 022=a0+a1x+a2x2+…+a2 022x2 022,下列命题中正确的是( )
    A.展开式中所有项的二项式系数的和为22 022
    B.展开式中所有奇次项系数的和为32 022-12
    C.展开式中所有偶次项系数的和为32 022+12
    D.a12+a222+a323+…+a2 02222 022=-1
    (2)若(x+2+m)9=a0+a1(x+1)+a2(x+1)2+…+a9(x+1)9,且(a0+a2+…+a8)2-(a1+a3+…+a9)2=39,则实数m的值为________.
    (1)ACD (2)-3或1 [(1)选项A,由二项式知,C2 0220+C2 0221+…+C2 0222 022=22 022,A正确;
    当x=1时,有a0+a1+a2+…+a2 022=1,
    当x=-1时,
    有a0-a1+a2-a3+…-a2 021+a2 022=32 022,
    选项B,由上可得
    a1+a3+a5+…+a2 021=1-32 0222,B错误;
    选项C,由上可得
    a0+a2+a4+…+a2 022=32 022+12, C正确;
    选项D,令x=12可得a0+a12+a222+a323+…+a2 02222 022=0,
    又a0=1,
    所以a12+a222+a323+…+a2 02222 022=-1,D正确.故选ACD.
    (2)令x=0,则(2+m)9=a0+a1+a2+…+a9,
    令x=-2,则m9=a0-a1+a2-a3+…-a9,
    又(a0+a2+…+a8)2-(a1+a3+…+a9)2=(a0+a1+a2+…+a9)(a0-a1+a2-a3+…+a8-a9)=39,∴(2+m)9·m9=39,
    ∴m(2+m)=3,
    ∴m=-3或m=1.]
    【教师备选题】
    1.(2022·北京高考)若(2x-1)4=a4x4+a3x3+a2x2+a1x+a0,则a0+a2+a4=( )
    A.40 B.41 C.-40 D.-41
    B [当x=1时,1=a4+a3+a2+a1+a0①;当x=-1时,81=a4-a3+a2-a1+a0②;①+②得a4+a2+a0=41.]
    2.在x+3xn的展开式中,各项系数和与二项式系数和之比为32∶1,则x2的系数为( )
    A.50 B.70
    C.90 D.120
    C [令x=1,则x+3xn=4n,所以x+3xn的展开式中,各项系数和为4n.又二项式系数和为2n,所以4n2n=2n=32,解得n=5.二项展开式的通项Tk+1=C5kx5-k3xk=C5k3kx5-32 k,令5-32k=2,得k=2,
    所以x2的系数为C5232=90,故选C.]
    系数和问题常用“赋值法”求解
    赋值法是指对二项式中的未知元素赋值,从而求得二项展开式的各项系数和的方法.求解有关系数和问题的关键点如下:
    (1)赋值,观察已知等式与所求式子的结构特征,确定所赋的值,常赋的值有:-1,0,1等.
    (2)求参数,通过赋值,建立参数的相关方程,解方程,可得参数值.
    (3)求值,根据题意,得出指定项的系数和.
    [跟进训练]
    2.(1)在二项式(1-2x)n的展开式中,偶数项的二项式系数之和为128,则展开式的中间项的系数为( )
    A.-960 B.960
    C.1 120 D.1 680
    (2)(多选)(2022·广东深圳二模)已知(2-x)8=a0+a1x+a2x2+…+a8x8,则( )
    A.a0=28
    B.a1+a2+…+a8=1
    C.a1+a2+a3+…+a8=38
    D.a1+2a2+3a3+…+8a8=-8
    (1)C (2)AD [(1)因为偶数项的二项式系数之和为2n-1=128,所以n-1=7,n=8,则展开式共有9项,中间项为第5项,因为(1-2x)8的展开式的通项Tk+1=C8k(-2x)k=C8k-2kxk,所以T5=C84(-2)4x4,其系数为C84(-2)4=1 120.
    (2)因为(2-x)8=a0+a1x+a2x2+…+a8x8,
    令x=0,则a0=28,故A正确;
    令x=1,则a0+a1+a2+…+a8=2-18=1,所以a1+a2+…+a8=1-28,故B错误;
    令x=-1,则a0-a1+a2-a3+…+a8=38,所以a1+a2+a3+…+a8=38-28,故C错误;
    对(2-x)8=a0+a1x+a2x2+…+a8x8两边对x取导得-8(2-x)7=a1+2a2x+3a3x2+…+8a8x7,再令x=1,得a1+2a2+3a3+…+8a8=-8,故D正确.故选AD.]
    考点三 二项式系数的性质
    二项式系数的最值问题
    [典例5] 设m为正整数,x+y2m展开式的二项式系数的最大值为a,x+y2m+1展开式的二项式系数的最大值为b,若15a=8b,则m=________.
    7 [x+y2m展开式中二项式系数的最大值为a=C2mm,x+y2m+1展开式中二项式系数的最大值为b=C2m+1m+1,因为15a=8b,所以15C2mm=8C2m+1m+1,即15×2m!m!m!=8×2m+1!m!m+1!,解得m=7.]
    项的系数的最值问题
    [典例6] 已知(3x+x2)2n的展开式的二项式系数和比(3x-1)n的展开式的二项式系数和大992,则在2x-1x2n的展开式中,二项式系数最大的项为________,系数的绝对值最大的项为________.
    -8 064 -15 360x4 [由题意知,22n-2n=992,即(2n-32)(2n+31)=0,故2n=32,解得n=5.由二项式系数的性质知,2x-1x10的展开式中第6项的二项式系数最大,故二项式系数最大的项为T6=C105(2x)5-1x5=-8 064.
    设第k+1项的系数的绝对值最大,
    则Tk+1=C10k·(2x)10-k·-1xk=-1kC10k·210-k·x10-2k,
    令C10k·210-k≥C10k-1·210-k+1,C10k·210-k≥C10k+1·210-k-1, 得C10k≥2C10k-1,2C10k≥C10k+1,
    即11-k≥2k, 2k+1≥10-k, 解得83≤k≤113.
    ∵k∈Z,∴k=3.
    故系数的绝对值最大的项是第4项,
    T4=-C103·27·x4=-15 360x4.]
    求解二项式系数或展开式系数的最值问题的一般步骤
    第一步,求系数的最大值问题,要先弄清所求问题是“展开式中项的系数最大”“二项式系数最大”以及“最大项”三者中的哪一个;
    第二步,若是求二项式系数最大值,则依据(a+b)n中n的奇偶及二项式系数的性质求解.若是求展开式中项的系数的最大值,由于展开式中项的系数是离散型变量,设展开式各项的系数分别为A1,A2,…,An+1,且第k项系数最大,因此在系数均为正值的前提下,求展开式中项的系数的最大值只需解不等式组Ak≥Ak-1,Ak≥Ak+1, 即得结果.
    [跟进训练]
    3.(1)在x-1xn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
    (2)x+13xn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.63x B.4x
    C.4x6x D.4x或4x6x
    (3)(2021·上海春季高考)已知(1+x)n的展开式中,唯有x3的系数最大,则(1+x)n的系数和为________.
    (1)C (2)A (3)64 [(1)∵只有第5项的二项式系数最大,
    ∴n=8,∴x-1x8的展开式的通项为
    Tk+1=-1kC8kx8-32k(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-13C83=-56.
    (2)令x=1,可得x+13xn的展开式中各项系数之和为2n,即8Cn4,
    所以n=6,所以令x=1,(1+x)6的系数和为26=64.]
    考点四 二项式定理的应用
    [典例7] (1)设a∈Z,且0≤a≤13,若512 023+a能被13整除,则a等于( )
    A.0 B.1
    C.11 D.12
    (2)1.026的近似值(精确到0.01)为( )
    A.1.12 B.1.13
    C.1.14 D.1.20
    (1)B (2)B [(1)因为a∈Z,且0≤a≤13,
    所以512 023+a=(52-1)2 023+a,=C2 0230522 023-C2 0231522 022+C2 0232522 021-…+C2 0232 02252-C2 0232 023+a,因为512 023+a能被13整除,结合选项,
    所以-C2 0232 023+a=-1+a能被13整除,所以a=1.
    (2)1.026=(1+0.02)6=1+C61×0.02+C62×0.024+C63×0.023+…+0.026≈1+0.12+0.006≈1.13.]
    二项式定理应用的题型及解法
    (1)在证明整除问题或求余数问题时要进行合理的变形,使被除式(数)展开后的每一项都含有除式的因式.
    (2)二项式定理的一个重要用途是做近似计算:当n不很大,|x|比较小时,(1+x)n≈1+nx.
    [跟进训练]
    4.设n为奇数,那么11n+Cn1·11n-1+Cn2·11n-2+…+Cnn-1·11-1除以13的余数是( )
    A.3 B.2
    C.10 D.11
    C [11n+Cn1·11n-1+Cn2·11n-2+…+Cnn-1·11-1=Cn0·11n+Cn1·11n-1+Cn2·11n-2+…+Cnn-1·11+Cnn-2
    =(11+1)n-2=12n-2=(13-1)n-2
    =Cn0·13n-Cn1·13n-1+…+-1n-1·Cnn-1·13+-1n·Cnn-2,因为n为奇数,则上式=Cn0·13n-Cn1·13n-1+…+-1n-1·Cnn-1·13-3=[Cn0·13n-Cn1·13n-1+…+-1n-1·Cnn-1·13-13]+10,
    所以11n+Cn1·11n-1+Cn2·11n-2+…+Cnn-1·11-1除以13的余数是10.]
    课时分层作业(五十七) 二项式定理
    一、选择题
    1.若x+1xn展开式的二项式系数之和为64,则展开式的常数项为( )
    A.10 B.20 C.30 D.120
    B [因为x+1xn展开式的二项式系数之和2n=64,所以n=6,所以Tk+1=C6k·x6-k·1xk=C6kx6-2k,当6-2k=0,即当k=3时为常数项,T4=C63=20.]
    2.(x2+2)1x2-15的展开式的常数项是( )
    A.-3 B.-2
    C.2 D.3
    D [能够使其展开式中出现常数项,由多项式乘法的定义可知需满足:第一个因式取x2项,第二个因式取1x2项得x2×1x2×C54(-1)4=5;第一个因式取2,第二个因式取(-1)5得2×(-1)5×C55=-2,故展开式的常数项是5+(-2)=3,故选D.]
    3.利用二项式定理计算1.056,则其结果精确到0.01的近似值是( )
    A.1.23 B.1.24
    C.1.33 D.1.34
    D [1.056=(1+0.05)6=C60+C61×0.05+C62×0.052+C63×0.053+…+C66×0.056=1+0.3+0.037 5+0.002 5+…+0.056≈1.34.]
    4.已知Cn0+2Cn1+22Cn2+23Cn3+…+2nCnn=729,则Cn1+Cn2+Cn3+…+Cnn等于( )
    A.63 B.64
    C.31 D.32
    A [运用二项式定理得Cn0+2Cn1+22Cn2+23Cn3+…+2nCnn=(1+2)n=3n=729,即3n=36,所以n=6,所以Cn1+Cn2+Cn3+…+Cnn=26-Cn0=64-1=63.]
    5.在(x-2)6的展开式中,二项式系数的最大值为a,含x5项的系数为b,则ab=( )
    A.53 B.-53
    C.35 D.-35
    B [由条件知a=C63=20,b=C61(-2)1=-12,
    ∴ab=-53,故选B.]
    6.的展开式中的常数项为( )
    A.1 B.21
    C.31 D.51
    D [因为x+1x+15=x+1+1x5
    =C50x+15+C51x+14·1x +C52x+13·1x2+C53x+12·1x3+C54x+11·1x4+C551x5,
    所以x+1x+15展开式中的常数项为C50·C55·15+C51·C43·13+C52·C31·11=51.故选D.]
    7.(多选)(2022·山东济南一模)x+2x6的展开式中,下列结论正确的是( )
    A.展开式共6项
    B.常数项为64
    C.所有项的系数之和为729
    D.所有项的二项式系数之和为64
    CD [x+2x6展开式的总项数是7,A不正确;
    x+2x6展开式的常数项为C63x6-32x3=160,B不正确;
    取x=1,得x+2x6展开式的所有项的系数之和为36=729,C正确;由二项式系数的性质得x+2x6展开式的所有项的二项式系数之和为26=64,D正确.故选CD.]
    8.(多选)(2022·广东茂名二模)已知2x+13xn的展开式共有13项,则下列说法中正确的是( )
    A.所有奇数项的二项式系数和为212
    B.所有项的系数和为312
    C.二项式系数最大的项为第6项或第7项
    D.有理项共5项
    BD [因为n+1=13,所以n=12,所有奇数项的二项式系数和为211,故A错误;令x=1,得所有项的系数和为312,故B正确;由二项式系数的性质可知二项式系数最大的项为第7项,故C错误;因为2x+13x12展开式通项为Tk+1=C12k·2x12-k·x-13k=212-kC12kx12-43k,当12-43k为整数时,k=0,3,6,9,12,共有5项,故D正确.故选BD.]
    二、填空题
    9.代数式(4x2-2x-5)(x2+1)5的展开式中,含x4项的系数是________.
    -30 [(x2+1)5的二项展开式的通项为Tk+1=C5kx25-k=C5kx10-2k,所以含x4的项为4x2C54x2-5C53x4=-30x4,即含x4的项的系数为-30.]
    10.(2022·浙江高考)已知多项式(x+2)(x-1)4=a0+a1x+a2x2+a3x3+a4x4+a5x5,则a2=________,a1+a2+a3+a4+a5=________.
    8 -2 [x2系数之和C43-13+2·C42(-1)2=8,即a2=8;
    令x=1,a0+a1+a2+a3+a4+a5=0;令x=0,a0=2,∴a1+a2+a3+a4+a5=-2.]
    11.230-3除以7的余数为________.
    5 [230-3=(23)10-3=810-3=(7+1)10-3=C100710+C10179+…+C1097+C1010-3
    =7×(C10079+C10178+…+C109)-2.
    又∵余数不能为负数(需转化为正数),
    ∴230-3除以7的余数为5.]
    12.设二项式3x+1xn的展开式中第5项是含x的一次项,那么这个展开式中系数最大的项是第________项.
    10和11 [因为展开式的第5项为T5=Cn4xn-43-4,所以令n-43-4=1,解得n=19,所以展开式中系数最大的项是第10项和第11项.]
    13.(多选)(2023·福建三明模拟)x-1xn的二项展开式中,第5项和第6项的二项式系数相等,则( )
    A.n=9
    B.常数项为84
    C.各项系数的绝对值之和为512
    D.系数最小项为第5项
    AC [由题意得Cn4=Cn5,所以n=9,A正确;
    x-1x9的展开式的通项公式为Tk+1=C9kx129-k-x-1k=-1kC9kx9-3k2,令9-3k2=0,解得k=3,故T4=-13C93=-84,B错误;
    各项系数的绝对值之和为1+119=29=512,C正确;由通项公式可知,奇数项的系数为正数,偶数项的系数为负数,故系数最小项不可能为第5项,D错误.故选AC.]
    14.如图,在由二项式系数所构成的“杨辉三角”中,记第2行的第3个数字为a1,第3行的第3个数字为a2,…,第n+1行的第3个数字为an,则a1+a2+a3+…+a10=________,1a1+1a2+…+1an=________.
    220 2nn+1 [法一:由题意知an=Cn+12,
    a1+a2+a3+…+a10=C22+C32+C42+…+C112=1+3+6+10+15+21+28+36+45+55=220.
    1a1+1a2+…+1an=1C22+1C32+…+1Cn+12=21×2+22×3+…+2n×n+1=21-12+12-13+…+1n-1n+1=21-1n+1=2nn+1.
    法二:由题意知an=Cn+12,所以a1+a2+a3+…+a10=C22+C32+C42+…+C112=C33+C32+C42+…+C112=C43+C42+…+C112=C53+C52+…+C112=…=C103+C102+C112=C113+C112=C123=12×11×103×2×1=220.
    1a1+1a2+…+1an=1C22+1C32+…+1Cn+12=21×2+22×3+…+2n×n+1=21-12+12-13+…+1n-1n+1=21-1n+1=2nn+1.]
    性质
    性质描述
    对称性
    与首末两端等距离的两个二项式系数相等,即Cnk=Cnn-k
    增减性
    二项式
    系数Cnk
    当k<n+12(n∈N*)时,是递增的
    当k>n+12(n∈N*)时,是递减的
    最大值
    当n为偶数时,中间的一项Cnn2取得最大值
    当n为奇数时,中间的两项Cnn-12与Cnn+12相等,且同时取得最大值

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