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我们先来观察几个简单的二项式展开。(a+b)的1次方等于a+b,系数是1和1。(a+b)的2次方等于a²+2ab+b²,系数是1、2、1。(a+b)的3次方等于a³+3a²b+3ab²+b³,系数是1、3、3、1。这些系数构成了著名的杨辉三角,每一行的数字都是上一行相邻两数之和。
总结这些规律,我们得到二项式定理的通用公式:(a+b)的n次方等于从k等于0到n的求和,C下标n上标k乘以a的n减k次方乘以b的k次方。其中C下标n上标k是组合数,等于n的阶乘除以k的阶乘乘以n减k的阶乘,表示从n个元素中选择k个元素的方法数。注意a的幂次从n递减到0,b的幂次从0递增到n,每一项中a和b的幂次之和始终等于n。
现在我们用二项式定理来展开(x+y)的4次方。首先确定参数:n等于4,a等于x,b等于y。然后计算各项:当k等于0时,C4取0乘以x的4次方乘以y的0次方,等于x的4次方。当k等于1时,C4取1等于4,得到4x的3次方y。当k等于2时,C4取2等于6,得到6x的2次方y的2次方。当k等于3时,C4取3等于4,得到4xy的3次方。当k等于4时,C4取4等于1,得到y的4次方。最终结果是x的4次方加4x的3次方y加6x的2次方y的2次方加4xy的3次方加y的4次方。
现在我们来解决一个变式问题:求(2x减3y)的5次方展开式中x的2次方y的3次方项的系数。首先确定参数:n等于5,a等于2x,b等于负3y,注意b是带负号的。然后确定k值:目标项x的2次方y的3次方中,y的幂次是3,所以k等于3。验证x的幂次:n减k等于5减3等于2,正好对应x的2次方。接下来计算该项:C5取3乘以(2x)的2次方乘以(-3y)的3次方。逐步计算:C5取3等于10,(2x)的2次方等于4x的2次方,(-3y)的3次方等于负27y的3次方。最终结果:10乘以4x的2次方乘以负27y的3次方等于负1080x的2次方y的3次方。所以系数为负1080。
二项式定理是展开(a+b)的n次方的强大工具。它通过组合数将系数与杨辉三角联系起来,并通过幂次规律确定每一项的形式。关键要点包括:系数由组合数C下标n上标k确定,幂次规律是a从n递减到0、b从0递增到n,每项幂次和恒为n,既可以求完整展开也可以求特定项。二项式定理在代数式展开、概率计算、数学证明和工程计算等多个领域都有广泛应用。掌握了这个定理,无论是完全展开还是寻找特定项,都能迎刃而解。希望大家多加练习,熟练掌握二项式定理!