数学数表从杨辉三角谈起讲义
- 格式:pdf
- 大小:548.59 KB
- 文档页数:11
1.3.2 “杨辉三角”与二项式系数的性质知识点“杨辉三角”与二项式系数的性质(a +b )n的展开式的二项式系数,当n 取正整数时可以表示成如下形式:1.杨辉三角的特点(1)在同一行中每行两端都是1,与这两个1等距离的项的系数□01相等. (2)在相邻的两行中,除1外的每一个数都等于它“肩上”两个数的□02和,即C r n +1=□03C r -1n+C rn .2.二项式系数的性质(1)要区分二项式系数与二项式项的系数的区别,二项式系数是指C0n,C1n,…,C n n是组合数,而二项式项的系数是指该项除字母以外的常数部分,与二项式系数有关,但不一定等于二项式系数.(2)在求二项式系数时常用赋值法.如-1,0,1等,赋值法体现了函数思想f(x)=(ax+b)n=a0+a1x+a2x2+…+a n x n,f(1)=a0+a1+a2+…+a n.在解题时要注意审题,恰当赋值.(1)杨辉三角的每一斜行数字的差成一个等差数列.( )(2)二项式展开式的二项式系数和为C1n+C2n+…+C n n.( )(3)二项式展开式中系数最大项与二项式系数最大项相同.( )答案 (1)× (2)× (3)× 2.做一做(1)⎝⎛⎭⎪⎫x -1x 11的展开式中二项式系数最大的项是第________项. (2)若(a +b )n的展开式中只有第5项的二项式系数最大,则n =________.(3)已知(a -x )5=a 0+a 1x +a 2x 2+…+a 5x 5,若a 2=80,则a 0+a 1+a 2+…+a 5=________. 答案 (1)6和7 (2)8 (3)1解析 (1)由n =11为奇数,则展开式中第11+12项和第11+12+1项,即第6项和第7项的二项式系数相等,且最大.(2)由二项式系数的性质可知,第5项为二项展开式的中间项,即二项展开式有9项,故n =8.(3)展开式的通项为T r +1=(-1)r C r 5·a5-r·x r ,令r =2,则a 2=(-1)2C 25·a 3=80,所以a=2.则(2-x )5=a 0+a 1x +a 2x 2+…+a 5x 5,令x =1,得a 0+a 1+…+a 5=1.探究1 杨辉三角的有关问题例 1 如图所示,在杨辉三角中,斜线AB 上方箭头所示的数组成一个锯齿形的数列:1,2,3,3,6,4,10,…,记这个数列的前n 项和为S n ,求S 19.[解] 由题图知,数列中的首项是C 22,第2项是C 12,第3项是C 23,第4项是C 13,…,第17项是C 210,第18项是C 110,第19项是C 211.∴S 19=(C 12+C 22)+(C 13+C 23)+(C 14+C 24)+…+(C 110+C 210)+C 211 =(C 12+C 13+C 14+…+C 110)+(C 22+C 23+C 24+…+C 211) =(2+10)×92+C 312=274. 拓展提升解决与杨辉三角有关的问题的一般思路[跟踪训练1] (1)如图数表满足:①第n 行首尾两数均为n ;②图中的递推关系类似杨辉三角,则第n (n ≥2)行的第2个数是________;(2)将杨辉三角中的奇数换成1,偶数换成0,得到如图所示的三角数表.从上往下数,第1次全行的数都为1的是第1行,第2次全行的数都为1的是第3行,…,第n 次全行的数都为1的是第________行;第61行中1的个数是________.答案 (1)n 2-n +22(2)2n-1 32解析 (1)由图中数字规律可知,第n 行的第2个数是[1+2+3+…+(n -1)]+1=n (n -1)2+1.(2)观察可得第1行,第3行,第7行,第15行,全行都为1,故第n 次全行的数都为1的是第2n-1行;∵n =6⇒26-1=63,故第63行共有64个1,递推知第62行共有32个1,第61行共有32个1.探究2 二项展开式的系数和问题 例2 在(2x -3y )10的展开式中,求: (1)各项的二项式系数的和;(2)奇数项的二项式系数的和与偶数项的二项式系数的和; (3)各项系数之和;(4)奇数项系数的和与偶数项系数的和. [解] 在(2x -3y )10的展开式中:(1)各项的二项式系数的和为C 010+C 110+…+C 1010=210=1024. (2)奇数项的二项式系数的和为C 010+C 210+…+C 1010=29=512, 偶数项的二项式系数的和为C 110+C 310+…+C 910=29=512.(3)设(2x -3y )10=a 0x 10+a 1x 9y +a 2x 8y 2+…+a 10y 10(*),各项系数之和即为a 0+a 1+a 2+…+a 10,由于(*)是恒等式,故可用“赋值法”求解.令(*)中x =y =1,得各项系数之和为(2-3)10=(-1)10=1.(4)奇数项系数的和为a 0+a 2+a 4+…+a 10,偶数项系数的和为a 1+a 3+a 5+…+a 9. 由(3)知a 0+a 1+a 2+…+a 10=1.①令(*)中x =1,y =-1,得a 0-a 1+a 2-a 3+…+a 10=510.②①+②得2(a 0+a 2+…+a 10)=1+510,故奇数项系数的和为12(1+510);①-②得2(a 1+a 3+…+a 9)=1-510,故偶数项系数的和为12(1-510).拓展提升求展开式的各项系数之和常用赋值法.“赋值法”是求二项式系数常用的方法,根据题目要求,灵活赋给字母不同的值.一般地,要使展开式中项的关系变为系数的关系,令x =0可得常数项,令x =1可得所有项系数之和,令x =-1可得偶次项系数之和与奇次项系数之和的差,而当二项展开式中含负值项时,令x =-1则可得各项系数绝对值之和.[跟踪训练2] 设(2-3x )100=a 0+a 1x +a 2x 2+…+a 100·x 100,求下列各式的值. (1)a 0;(2)a 1+a 2+a 3+a 4+…+a 100; (3)a 1+a 3+a 5+…+a 99;(4)(a 0+a 2+…+a 100)2-(a 1+a 3+…+a 99)2; (5)|a 0|+|a 1|+…+|a 100|.解 (1)令x =0,则展开式为a 0=2100. (2)令x =1,可得a 0+a 1+a 2+…+a 100=(2-3)100,(*) 所以a 1+a 2+…+a 100=(2-3)100-2100.(3)令x =-1,可得a 0-a 1+a 2-a 3+…+a 100=(2+3)100.与(2)中(*)式联立相减得a 1+a 3+…+a 99=(2-3)100-(2+3)1002.(4)原式=[(a 0+a 2+…+a 100)+(a 1+a 3+…+a 99)]·[(a 0+a 2+…+a 100)-(a 1+a 3+…+a 99)]=(a 0+a 1+a 2+…+a 100)·(a 0-a 1+a 2-a 3+…+a 98-a 99+a 100) =[(2-3)(2+3)]100=1100=1. (5)因为T r +1=(-1)r C r 1002100-r·(3)r x r,所以a 2k -1<0(k ∈N *).所以|a 0|+|a 1|+|a 2|+…+|a 100| =a 0-a 1+a 2-a 3+…+a 100 =(2+3)100.探究3 求二项展开式中的最大项问题 例3 已知在的展开式中,各项系数和与它的二项式系数和的比为32.(1)求展开式中二项式系数最大的项; (2)求展开式中系数最大的项. [解] 令x =1,则展开式中各项系数和为(1+3)n =22n. 又展开式中二项式系数和为2n. ∴22n2n =2n=32,n =5. (1)∵n =5,展开式共6项,∴二项式系数最大的项为第三、四两项,拓展提升1.二项式系数的最大项的求法求二项式系数的最大项,根据二项式系数的性质对(a +b )n中的n 进行讨论. (1)当n 为奇数时,中间两项的二项式系数最大. (2)当n 为偶数时,中间一项的二项式系数最大. 2.展开式中系数的最大项的求法求展开式中系数的最大项与求二项式系数最大项是不同的,需要根据各项系数的正、负变化情况进行分析.如求(a +bx )n(a ,b ∈R )的展开式中系数的最大项,一般采用待定系数法.设展开式中各项系数分别为A 0,A 1,A 2,…,A n ,且第r +1 项最大,应用⎩⎪⎨⎪⎧A r ≥A r -1,A r ≥A r +1,解得r ,即得出系数的最大项.[跟踪训练3] 已知二项式⎝ ⎛⎭⎪⎫12+2x n .(1)若展开式中第5项,第6项,第7项的二项式系数成等差数列,求展开式中二项式系数最大项的系数;(2)若展开式中前三项的二项式系数和等于79,求展开式中系数最大的项. 解 (1)由题意,得C 4n +C 6n =2C 5n , ∴n 2-21n +98=0,∴n =7或n =14.当n =7时,展开式中二项式系数最大的项是T 4和T 5,T 4的系数为C 37×⎝ ⎛⎭⎪⎫124×23=352,T 5的系数为C 47×⎝ ⎛⎭⎪⎫123×24=70.故展开式中二项式系数最大项的系数分别为352,70.当n =14时,展开式中二项式系数最大的项是T 8,∵T 8的系数为C 714×⎝ ⎛⎭⎪⎫127×27=3432.故展开式中二项式系数最大项的系数为3432. (2)由题意知C 0n +C 1n +C 2n =79, 解得n =12或n =-13(舍去). 设展开式中第r +1项的系数最大,由于⎝ ⎛⎭⎪⎫12+2x 12=⎝ ⎛⎭⎪⎫1212·(1+4x )12,则⎩⎪⎨⎪⎧C r12·4r≥C r -112·4r -1,C r 12·4r ≥C r +112·4r +1,∴9.4≤r ≤10.4.又r ∈{0,1,2,…,12},∴r =10,∴系数最大的项为T 11,且T 11=⎝ ⎛⎭⎪⎫1212·C 1012·(4x )10=16896x 10.1.(2-x )8展开式中不含x 4项的系数的和为( ) A .-1 B .0 C .1 D .2 答案 B 解析∴展开式中x 4项的系数为C 88=1.又∵(2-x )8展开式中各项系数和为(2-1)8=1, ∴展开式中不含x 4项的系数的和为0.2.在⎝ ⎛⎭⎪⎫2x-3x n (n ∈N *)的展开式中,所有的二项式系数之和为32,则所有系数之和为( )A .32B .-32C .0D .1 答案 D解析 由题意得2n =32,得n =5.令x =1,得展开式所有项的系数之和为(2-1)5=1.故选D.3.若(1-2x )2019=a 0+a 1x +…+a 2019x2019(x ∈R ),则a 12+a 222+…+a 201922019的值为( )A .2B .0C .-2D .-1 答案 D 解析 (1-2x )2019=a 0+a 1x +…+a 2019x2019,令x =12,则⎝⎛⎭⎪⎫1-2×122019=a 0+a 12+a 222+…+a 201922019=0,其中a 0=1,所以a 12+a 222+…+a 201922019=-1.4.如图所示的数阵叫“莱布尼茨调和三角形”,他们是由正整数的倒数组成的,第n 行有n 个数且两端的数均为1n (n ≥2),每个数是它下一行左右相邻两数的和,如:11=12+12,12=13+16,13=14+112,…,则第n (n ≥3)行第3个数字是________.答案2n (n -1)(n -2)(n ∈N *,n ≥3)解析 杨辉三角形中的每一个数都换成分数,就得到一个如题图所示的分数三角形,即为莱布尼茨三角形.∵杨辉三角形中第n (n ≥3)行第3个数字是n C 2n -1,则“莱布尼茨调和三角形”第n (n ≥3)行第3个数字是1n C 2n -1=2n (n -1)(n -2). 5.在二项式(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)系数绝对值的和.解 设(2x -3y )9=a 0x 9+a 1x 8y +a 2x 7y 2+…+a 9y 9. (1)二项式系数之和为C 09+C 19+C 29+…+C 99=29. (2)各项系数之和为a 0+a 1+a 2+…+a 9, 令x =1,y =1,∴a 0+a 1+a 2+…+a 9=(2-3)9=-1. (3)由(2)知a 0+a 1+a 2+…+a 9=-1, 令x =1,y =-1,可得:a 0-a 1+a 2-…-a 9=59,将两式相加除以2可得:a 0+a 2+a 4+a 6+a 8=59-12,即为所有奇数项系数之和.(4)解法一:|a 0|+|a 1|+|a 2|+…+|a 9|=a 0-a 1+a 2-…-a 9,令x =1,y =-1,则|a 0|+|a 1|+|a 2|+…+|a 9|=a 0-a 1+a 2-…-a 9=59.解法二:|a 0|+|a 1|+|a 2|+…+|a 9|即为(2x +3y )9展开式中各项系数和,令x =1,y =1得:|a 0|+|a 1|+|a 2|+…+|a 9|=59.。
+ 数表—从杨辉三角谈起 2下面是按规律排列的杨辉三角:图(1) 图(2)(1)杨辉三角第8行第2个数是_________;(2)观察图(2)中的线,你会发现左斜线的数之和等于下一行右面的数.如:1+2+3=6,照此规律,第8行的第3个数是_____.(3)杨辉三角第1行的所有数之和为1,第2行的所有数之和为2,第3行为4,第4行为8,…,那么,第n 行的所有数之和是________.(4)杨辉三角中,第101行中左起第三个数是 .(5) 5050可能是杨辉三角中第几行的第几个数?[杨辉三角]★★【分析】 ⑴根据题意:每一行第2个数是1n -;所以第8行第2个数是7.(2) 1+2+3+L +6=21.老师可拓展到第n 行的第3个数.(3)第n 行的和是12n -,所以第10行所有数的和是1012512-=.(4)考查学生对杨辉三角形特性的认识. ………………………... (110511051)61441313112111------------------------------------------------------------------------------------------- 例1第三行左起第三个数是11=;第四行左起第三个数是312=+;第五行左起第三个数是6123=++;第六行左起第三个数是101234=+++;……归纳可知,第101行左起第三个数是991001239949502⨯++++==L . 或者是杨辉三角的每一行的第三个数都满足21n C -,所以第101行的第三个数是2210111001009949502CC -⨯===. (5)杨辉三角第m 行第n 个数实际就是11n m C --. 11(1)!5050()!(1)!n m m C m n n ---==--,而,101是质数,因此m -1≥101,0<n -1<m -1.当n =2,m =5051;当n =3时,m =102;当12m -≥n >3时,存在122111015050n m m C C C --->>=.不会再出现5050.因此5050在左侧只能出现在第5051行第2个数和第102行第3个数.由对称可知,第5051行第5051个数和第102行第100个数也是5050.杨辉三角中,55可能是杨辉三角中第几行的第几个数?[杨辉三角]★★------------------------------------------------------------------------------------------- 练一练【分析】 第56行第2个和第55个;第13行第3个和第11个.(1)如图所示的三角形数表中,满足:①第一行的数为1;②第n 行首尾两数均为n ,其余的数都是等于它肩上的两个数相加;则第50行第2个数是_________.1223434774511141156162525166L L L (2) 下图是按规律排列的三角形数表:1111123211367631①在方格中填上第五行的各个数.②求第10行各数的和.[杨辉三角]★★☆ 【解析】(1)每一行的第二个数是22223(1)2n n n -+++++-=L ,代入50n =后,得第50行第2个数是1226.------------------------------------------------------------------------------------------- 例2(2)由数表可以得到如下的规律,(a )两边的数以中间的数为轴对称分布,两边分别包1,其他的数等于上一行对应的数和相邻数的和;(b )每一行数的和分别是:1,3,9,27…,即第n 行数的和是3n -1,由此解决.①1+0=1,1+3=4,1+3+6=10,3+6+7=16,6+7+6=19,后面的数就是16、10、4、1;故答案为:1、4、10、16、19、16、10、4、1;②93=19683;如图所示三角形数表叫“莱布尼茨调和三角形”,有111=+122、111=+236、111=+3412、……、则第11行第2个数(从左往右数)为________。
+ 数表—从杨辉三角谈起 2下面是按规律排列的杨辉三角:图(1) 图(2)(1)杨辉三角第8行第2个数是_________;(2)观察图(2)中的线,你会发现左斜线的数之和等于下一行右面的数.如:1+2+3=6,照此规律,第8行的第3个数是_____.(3)杨辉三角第1行的所有数之和为1,第2行的所有数之和为2,第3行为4,第4行为8,…,那么,第n 行的所有数之和是________.(4)杨辉三角中,第101行中左起第三个数是 .(5) 5050可能是杨辉三角中第几行的第几个数?[杨辉三角]★★【分析】 ⑴根据题意:每一行第2个数是1n -;所以第8行第2个数是7.(2) 1+2+3+L +6=21.老师可拓展到第n 行的第3个数.(3)第n 行的和是12n -,所以第10行所有数的和是1012512-=.(4)考查学生对杨辉三角形特性的认识. ………………………... (110511051)61441313112111------------------------------------------------------------------------------------------- 例1第三行左起第三个数是11=;第四行左起第三个数是312=+;第五行左起第三个数是6123=++;第六行左起第三个数是101234=+++;……归纳可知,第101行左起第三个数是991001239949502⨯++++==L . 或者是杨辉三角的每一行的第三个数都满足21n C -,所以第101行的第三个数是2210111001009949502CC -⨯===. (5)杨辉三角第m 行第n 个数实际就是11n m C --. 11(1)!5050()!(1)!n m m C m n n ---==--,而,101是质数,因此m -1≥101,0<n -1<m -1.当n =2,m =5051;当n =3时,m =102;当12m -≥n >3时,存在122111015050n m m C C C --->>=.不会再出现5050.因此5050在左侧只能出现在第5051行第2个数和第102行第3个数.由对称可知,第5051行第5051个数和第102行第100个数也是5050.杨辉三角中,55可能是杨辉三角中第几行的第几个数?[杨辉三角]★★------------------------------------------------------------------------------------------- 练一练【分析】 第56行第2个和第55个;第13行第3个和第11个.(1)如图所示的三角形数表中,满足:①第一行的数为1;②第n 行首尾两数均为n ,其余的数都是等于它肩上的两个数相加;则第50行第2个数是_________.1223434774511141156162525166L L L (2) 下图是按规律排列的三角形数表:1111123211367631①在方格中填上第五行的各个数.②求第10行各数的和.[杨辉三角]★★☆ 【解析】(1)每一行的第二个数是22223(1)2n n n -+++++-=L ,代入50n =后,得第50行第2个数是1226.------------------------------------------------------------------------------------------- 例2(2)由数表可以得到如下的规律,(a )两边的数以中间的数为轴对称分布,两边分别包1,其他的数等于上一行对应的数和相邻数的和;(b )每一行数的和分别是:1,3,9,27…,即第n 行数的和是3n -1,由此解决.①1+0=1,1+3=4,1+3+6=10,3+6+7=16,6+7+6=19,后面的数就是16、10、4、1;故答案为:1、4、10、16、19、16、10、4、1;②93=19683;如图所示三角形数表叫“莱布尼茨调和三角形”,有111=+122、111=+236、111=+3412、……、则第11行第2个数(从左往右数)为________。
11112211136311114121241111152030205L L L L L L[杨辉三角]★【解析】 “莱布尼兹调和三角形”数阵中所示的规律,可得每1行的第1个数均为行数的倒数,且每一个数等于下------------------------------------------------------------------------------------------- 例3一行中“脚踩”的两个数的和,第10行第1个数是110.第11行第1个数是111,则第11行第2个数是1111011110-=。
如图,从1开始的自然数按某种方式排列起来,请问:(1)第10行左起第5个数是多少?(2)100在第几行?100是这一行左起第几个数?(3)前10行的数的和是多少?12345678910L L[三角形数表]★★【解析】 (1)第9行的最后一个数为:()199452+⨯=,所以第10行左起第5个数为45+5=50.(2) 根据题意:1231391++++=L ,第13行的最后一个数是91,所以100在第14行,是这一行中的第100919-=个数.(3)前10行一共1231055++++=L 个数,()1555515402+⨯=------------------------------------------------------------------------------------------- 例4把自然数按如下规律排成三角形数表:如4是第3行的第3个数,那么(1)自然数60是第____行的第____个数.(2)94是第___行的第____个数.123654789101211L L[三角形数表]★★【解析】 观察规律.每n 行有n 个数,奇数行是从大数到小数,偶数行是从小到大; (1)1232n n n +++++=L , (1)1011552⨯=,1112662⨯=,因此60在第11行,666017-+=,所以60是11行第7个数.(2)1314912⨯=,14151052⨯=,94-91=3,因此94在第14行第3个数.此题可以说是自然数列的“神龙摆尾”,奇数行第一个数是三角形数,偶数行最后一个数是三角形数,在做题时,要分清方向.如图,把从1开始的自然数按某种方式排列起来.请问:(1)200排在第几行,第几列?-------------------------------------------------------------------------------------------例5 ------------------------------------------------------------------------------------------- 练一练(2)第18行第22列的数是多少?1247111635812176913101415L L L L L L[三角形数表]★★【解析】 (1)根据题意,每一行相邻两个数的差在依次增加1,每一列的相邻两个数的差依次增加1,所以12345678910111213141516171819190++++++++++++++++++=, 得到190排第19行第1列,191排在第1行第20列.所以200排在10行第11列;(由原数表转化到下数表,原数表中行数+列数相等的数都在此数表中的同一行中.)1326541098715141312111716L(2)第18行的第1个数为:12318171+++⋯+=.公差为18.所以第22列为17118192038759+++++=L把从2开始的偶数数列排成如下图所示三角形数表,则表中的偶数80是第_____行第_____个数. -------------------------------------------------------------------------------------------例62468101214161820L L L[三角形数表]★★★【解析】 法1:每个偶数都除以2,会得到例2中的自然数列,80是第40个偶数,1+2+3+4+5+6+7+8=36,40-36=4.因此80在第9行第4个数.法2:第n 行的最后一个数是(1)n n +,第8行最后一个数为72,之后第9行的前几个数分别为74,76,78,80,因此80在第9行第4个数.把奇数数列排成如下图所示三角形数表,则表中的奇数67是第________行第________个数.135791113151719L L L[三角形数表]★★★【解析】 上面数表第n 行有n 个数,所以前n 行有(1)1232n n n +++++=L 个数,从小到大排列. 先计算67是第(671)234+÷=个奇数;-------------------------------------------------------------------------------------------练一练前7行一共有7(71)282⨯+=个数. 34286-=,所以67是第8行第6个数.如图所示数表,第一行依次写着从小到大的正整数,然后把每行相邻的两个数的和写在这两个数的下方,得到下一行,数表从上到下与从左到右都是无限项,则这个数表中的第13行中第10个数是__________.123456735791113812162024 LLL L L L L[三角形数表]★★★☆【解析】 研究这个数表,可以得到规律:某数是其上间隔一行,垂直位置的数的4倍.因此第13 行第10个数,是第11行第11个数的4倍、第9行第12个数的24倍,直至第1行第16个数“16”的64倍.因此这个数为16×46=216,故答案为216.4倍的关系可以用下图来证明:设三个数分别为, ,n d n n d -+2- 2 4n d n n dn d n dn -++------------------------------------------------------------------------------------------- 例7表中的第一行依次全部排列出1到100的整数,然后从第二行起根据规律一直排到最后的第100行。
问:这个表中一共有多少个数能被77整除?第1行 1 2 3 4 5……………………96 97 98 99 100第2行 2 5 7 9…………………………193 196 197 199第3行 8 12 16………………………………388 392 396第4行 …………………………………………………………第5行 …………………………………………………· ……………………………………………· ………………………………………· …………………………………·第100行 ………………………[三角形数表]★★★★【解析】 在这个表里,有的数的正下方写着它4倍的数.假如,某数是不能被77整除的数,那么不管它被4乘多少回,也不能被77整除.于是我们得知不能被77整除的数下面写的数都不能被77整除.那么,如果某数是可以被77整除,不管乘多少回4,得出的数都可以被77整除.可被77整除的数下面都可以被77整除.题目的表中从左右两边第N 个的下面写着N 个整数.表的第一行从右数第24个是77,在它下面写的24个整数都可以被77整除.另外,从左数第二行第38个是383977+=,所以在它下面写的38个整数都可以被77整除.在表的第一行和第二行里除此之外再没有可以被77整除的数了.从整个表来看,除了上述的2A +12A -14A A +1AA -1------------------------------------------------------------------------------------------- 例8+=个以外,再也没有可以被77整除的数了,所以243862答案为62.五年级第2讲数表――从杨辉三角谈起(C版)11。