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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T =Can-kbk.
k+1
(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T
r+1
=(-1)rCx
2
r x-(10-r)=(-1)rCx-10+3
2
r,
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________.
8-r 8-4r
解析:该二项展开式的通项为T =Cx r=rCx .令=0,解得r=2,所以所求常数项为
r+1 3 3
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T =C()5-r(-2)r= C(-2)rx
r+15-r
,令=2,得r=1,所以T=C(-2)x2=-10x2,所以x2的系数为-10,故选C.
2 2
3 3(4n-5r)
(2)二项式n的通项公式为T =C(x6)n-r·(-1)r·(x )r=C·(-1)r·x ,由题意可知含有
r+1 2 2
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T =C(2x2)5-r(x-1)r,
r+1
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T =C(-2x)r,(2+x)4的通项公式为T =C24-kxk.
r+1 k+1
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T =C(3x2)4-rr=34-rCx8-3r,
r+1
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T =Cx4-rr=Carx4-2r,故当r=1时,T=Cax2,因为x2项的
r+1 2
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T =C(x2)6-r·r=C2rx12-3r,令12-3r=0,解得r=4,所以常数项是
r+1
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=ax9+ax8y+ax7y2+…+ay9.
0 1 2 9
(1)二项式系数之和为C+C+C+…+C=29.
(2)各项系数之和为a+a+a+…+a,
0 1 2 9
令x=1,y=1,得a+a+a+…+a=(2-3)9=-1.
0 1 2 9
(3)由(2)知a+a+a+…+a=-1,①
0 1 2 9
令x=1,y=-1,得a-a+a-…-a=59,②
0 1 2 9
①+②得a+a+a+a+a=,此即为所有奇数项系数之和.
0 2 4 6 8
(4)|a|+|a|+|a|+…+|a|=a-a+a-…-a,
0 1 2 9 0 1 2 9
令x=1,y=-1,得|a|+|a|+|a|+…+|a|=a-a+a-…-a=59,此即为各项系数绝对
0 1 2 9 0 1 2 9
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)=a+ax+ax2+…+a xn,则f(x)的展开式中:
0 1 2 n
(1)各项系数之和为f(1).
(2)奇数项系数之和为a+a+a+…=.
0 2 4
(3)偶数项系数之和为a+a+a+…=.
1 3 5
[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=a+ax+ax2+ax3+ax4+ax5,则下列结论中正确的是( )
0 1 2 3 4 5
A.a=1
0
B.a+a+a+a+a=2
1 2 3 4 5
C.a-a+a-a+a-a=35
0 1 2 3 4 5D.a-|a|+a-|a|+a-|a|=-1
0 1 2 3 4 5
解析:选ACD 因为(1-2x)5=a+ax+ax2+ax3+ax4+ax5,令x=0,则a=15=1,故A
0 1 2 3 4 5 0
正确;
令x=1,得-1=a+a+a+a+a+a,所以a+a+a+a+a=-1-a=-2,故B错误;
0 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 0
令x=-1,得35=a-a+a-a+a-a,故C正确;
0 1 2 3 4 5
因为二项式(1-2x)5的展开式的第r+1项为T =C(-2)rxr,
r+1
所以当r为奇数时,C(-2)r为负数,即a<0(其中i为奇数),
i
所以a-|a|+a-|a|+a-|a|=a+a+a+a+a+a=-1,故D正确.
0 1 2 3 4 5 0 1 2 3 4 5
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
3 3
+2n=72,解得n=3.所以二项展开式的通项T =C()3-rr=3rCx - r,显然当r=1时,T
r+1 2 2 r+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=a +ax+ax2+…+ax9,则(a +3a +5a +7a +9a)2-(2a +4a +6a +
0 1 2 9 1 3 5 7 9 2 4 6
8a)2的值为( )
8
A.39 B.310
C.311 D.312
解析:选D 对(x+2)9=a +ax+ax2+…+ax9两边同时求导,得9(x+2)8=a +2ax+
0 1 2 9 1 2
3ax2+…+8ax7+9ax8,
3 8 9
令x=1,得a+2a+3a+…+8a+9a=310,
1 2 3 8 9
令x=-1,得a-2a+3a-…-8a+9a=32.
1 2 3 8 9
所以(a +3a +5a +7a +9a)2-(2a +4a +6a +8a)2=(a +2a +3a +…+8a +9a)(a -
1 3 5 7 9 2 4 6 8 1 2 3 8 9 1
2a+3a-…-8a+9a)=312,故选D.
2 3 8 9
2.(2021·辽宁大连第二十四中学高三期中)已知正项等比数列{a }中,a=3aa,a=,用{x}表
n 3 1 2 4
示实数x的小数部分,如{1.5}=0.5,{2.4}=0.4,记b ={a },则数列{b }的前15项的和S 为
n n n 15
________.
解析:设等比数列{a }的公比为q(q>0),由a=3aa 得aq2=3aq,易知a≠0,q≠0,所以q=
n 3 1 2 1 1
3a,由a=得=,解得q=4或q=-4(舍去),所以a=,则a =aqn-1=.
1 4 1 n 1
由==(3n+C3n-1+…+3C+C)=3n-1+C3n-2+…+C+,
所以b =,则S =15×=5.
n 15
答案:5
3.已知多项式(x+1)3(x+2)2=x5+ax4+ax3+ax2+ax+a ,则 a =________,a =
1 2 3 4 5 4 5
________.
解析:由题意知 a 为展开式含 x的项的系数,根据二项式定理得 a =C×12×C×22+
4 4
C×13×C×2=16,a 是常数项,所以a=C×13×C×22=4.
5 5
答案:16 4
一、基础练——练手感熟练度
3
1.6的展开式中x 的系数为( )
2A.-12 B.12
C.-192 D.192
3r
解析:选A 二项式6的展开式的通项公式为 T =C·(-2)r·x3- ,令3-=,求得r=1,可
r+1 2
3
得展开式中x 的系数为-12,故选A.
2
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T =C·x5-r·r=C·2r·x5-3r.令5-3r=2得r=1.因此,在5的
r+1
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T =C(-a)rx8-2r,
r+1
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.±4C.2 D.±2
k
解析:选D 因为6展开式的通项为T =Ca6-kx6-k(-1)kx =
k+1 2
3
Ca6-k(-1)kx6- k,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
±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
3
T =(-1)kCx8- k (k=0,1,2,…,8),
k+1 2
∴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T =C·(x2)7-r·r= C·(-2)r·x14-3r.令14-3r=
r+1
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
5-k
解析:选C 因为(+x)5展开式的通项为T =C()5-kxk=C2 xk,因此,要使系数为有理数,
k+1 3
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=a+ax+ax2+ax3+ax4+ax5,
0 1 2 3 4 5
令x=1,得(2m+1)×24=a+a+a+a+a+a.①
0 1 2 3 4 5
令x=-1,得0=a-a+a-a+a-a.②
0 1 2 3 4 5
①-②,得16(2m+1)=2(a+a+a)=2×64,解得m=,故选B.
1 3 5
8.设(2-x)5=a+ax+ax2+…+ax5,则的值为( )
0 1 2 5
A.- B.-
C.- D.-
解析:选C 由二项式定理,得a=-C·24=-80,a=C·23=80,a=-C·22=-40,a=C·2
1 2 3 4
=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
T =Cx5-rr=(-a)rCx5-2r,
r+1
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
n
为 = =-x,所以 ·(-)2 =-,=,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
3r
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T =Cx6-rr=Crx6 ,
r+1 2
令6-=0,得r=4,所以展开式中的常数项为T=C×4=,故D正确.故选BCD.
5
11
11.已知10的展开式中含有x 的系数是-120,则a=________.
2
3r
解析:由二项式定理的展开式可得Cx10-rr=Crx10 .
2
11 3r 11
因为x 的系数是-120,所以x10 =x .
2 2 2
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=a+ax+ax2+…+a x2 020,则+++…+=__________.
0 1 2 2 020
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=a+ax+ax2+…+a xn(n∈N*),若a+a+…+a
0 1 2 n 0 1 n
=62,则log 25等于________.
n
解析:令x=1可得a+a+a+…+a =2+22+23+…+2n==2n+1-2=62,解得n=5,所
0 1 2 n
以log 25=2.
n
答案:2
14.(2021·青岛模拟)已知(1+x)n=a+ax+ax2+…+a xn(n∈N*),设S =a+a+a+…+
0 1 2 n n 0 1 2
a ,数列的前n项和为T ,当|T -1|≤时,n的最小整数值为________.
n n n
解析:因为(1+x)n=a+ax+ax2+…+a xn(n∈N*),令x=1,得S =a+a+a+…+a =
0 1 2 n n 0 1 2 n
2n,所以=,所以T ==1-,所以|T -1|≤即为≤,所以n≥11,即n的最小整数值为11.
n n
答案:11
15.已知(1-2x)7=a+ax+ax2+…+ax7,求:
0 1 2 7
(1)a+a+…+a;
1 2 7
(2)a+a+a+a;
1 3 5 7
(3)a+a+a+a;
0 2 4 6
(4)|a|+|a|+|a|+…+|a|.
0 1 2 7
解:令x=1,则a+a+a+a+a+a+a+a=-1.①
0 1 2 3 4 5 6 7
令x=-1,则a-a+a-a+a-a+a-a=37.②
0 1 2 3 4 5 6 7
(1)∵a=C=1,
0
∴a+a+a+…+a=-2.
1 2 3 7
(2)(①-②)÷2,得a+a+a+a==-1 094.
1 3 5 7
(3)(①+②)÷2,得a+a+a+a==1 093.
0 2 4 6
(4)∵(1-2x)7展开式中a,a,a,a 大于零,而a,a,a,a 小于零,
0 2 4 6 1 3 5 7
∴|a|+|a|+|a|+…+|a|
0 1 2 7
=(a+a+a+a)-(a+a+a+a)
0 2 4 6 1 3 5 7
=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).
3
(2)8的展开式的通项T =C()8-r·r=2-rCx4- r(r=0,1,…,8),
r+1 4
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T=x4,T=x,T=.
1 5 9
(3)设第r+1项的系数a 最大,则a =2-rC,
r+1 r+1
则==≥1,
==≥1,解得2≤r≤3.
当r=2时,a=2-2C=7,当r=3时,a=2-3C=7,
3 4
因此,第3项和第4项的系数最大,
故系数最大的项为T=7x5 ,T=7x7 .
3 4
2 4