11.2 二项式定理--2025年高考数学一轮讲练复习

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11.2 二项式定理--2025年高考数学一轮讲练复习

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第二节 二项式定理
课标解读 考向预测
能用多项式运算法则和计数原理证明二项式定理,会用二项式定理解决与二项展开式有关的简单问题. 近几年的高考中考查了二项展开式的通项的应用、二项式定理的正用和逆用,二项式系数的性质与各项的和.预计2025年高考可能会以二项式、三项式或两因式乘积的形式呈现,考查特定项或特定项的系数,难度中档.
【知识梳理】
1.二项式定理
(1)二项式定理:(a+b)n=Can+Can-1b+…+Can-kbk+…+Cbn(n∈N*);
(2)通项:Tk+1=Can-kbk,它表示第k+1项;
(3)二项式系数:二项展开式中各项的系数C,C,…,C.
2.二项式系数的性质
(1)对称性:与首末两端“等距离”的两个二项式系数相等.
(2)增减性与最大值:当n是偶数时,中间的一项C取得最大值;当n是奇数时,中间的两项C与C相等,且同时取得最大值.
3.各二项式系数和
(1)(a+b)n展开式的各二项式系数和:C+C+C+…+C=2n.
(2)奇数项的二项式系数的和等于偶数项的二项式系数的和,即C+C+C+…=C+C+C+…=2n-1.
【常用结论】
(a+b)n的展开式形式上的特点:
(1)项数为n+1.
(2)各项的次数都等于二项式的幂指数n,即a与b的指数的和为n.
(3)字母a按降幂排列,从第一项开始,次数由n逐项减1直到零;字母b按升幂排列,从第一项起,次数由零逐项增1直到n.
(4)二项式系数从C,C,一直到C,C.
(5)二项式系数与项的系数是完全不同的两个概念.二项式系数是指C,C,…,C,它只与各项的项数有关,而与a,b的值无关;而项的系数是指该项中除变量外的常数部分,它不仅与各项的项数有关,还与a,b的值有关.
(6)(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.
【诊断自测】
1.概念辨析(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)Can-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,某项的系数与该项的二项式系数一定不同.(  )
(4)(a+b)n的展开式中每一项的二项式系数与a,b的值无关.(  )
答案 (1)× (2)× (3)× (4)√
2.小题热身
(1)(x-1)10的展开式的第6项的系数是(  )
A.C B.-C
C.C D.-C
答案 D
解析 T6=Cx5(-1)5,所以第6项的系数是-C.
(2)(人教B选择性必修第二册习题3-3A T2改编)的展开式中,x2的系数为(  )
A.-45 B.-10
C.10 D.45
答案 D
解析 的展开式的通项为Tk+1=C·(-)k=(-1)kCx,令k-10=2,解得k=8,所以x2的系数为(-1)8C=45.
(3)(多选)(2024·江苏南京宁海中学模拟)关于的展开式,下列结论正确的是(  )
A.所有项的二项式系数和为32
B.所有项的系数和为0
C.常数项为-20
D.系数最大的项为第3项
答案 BC
解析 所有项的二项式系数和为26=64,故A错误;令x=1得所有项的系数和为0,故B正确;常数项为Cx3=-20,故C正确;Tk+1=Cx6-k,系数为(-1)kC,最大为C或C,为第3项或第5项,故D错误.
(4)已知C+2C+22C+23C+…+2nC=243,则C+C+C+…+C=(  )
A.31 B.32
C.15 D.16
答案 A
解析 逆用二项式定理得C+2C+22C+23C+…+2nC=(1+2)n=243,即3n=35,所以n=5,所以C+C+C+…+C=25-1=31.
【考点探究】
考点一 二项展开式的通项及其应用(多考向探究)
考向1 求二项展开式中的特定项(或系数)
例1 (1)二项式的展开式中的常数项是(  )
A.-45 B.-10
C.45 D.65
答案 C
解析 由二项式定理得Tk+1=C·(-x2)k=(-1)kCx,令-5=0得k=2,所以常数项为(-1)2C=45.
(2)(2023·天津高考)在的展开式中,x2的系数是________.
答案 60
解析 解法一:二项式展开式的通项为Tk+1=C(2x3)6-k=(-1)k26-kCx18-4k,令18-4k=2,解得k=4,所以x2的系数为(-1)4×22×C=60.
解法二:将二项式看成6个多项式相乘,要想出现x2项,则先在2个多项式中分别取2x3,然后在余下的多项式中都取-,相乘,即C(2x3)2×C=60x2,所以x2的系数为60.
【通性通法】
求二项展开式中特定项的步骤
【巩固迁移】
1.(2023·江苏无锡江阴模拟)二项式(1+2x)2+(1+2x)3+…+(1+2x)7的展开式中,含x2项的二项式系数为(  )
A.84 B.56
C.35 D.21
答案 B
解析 含x2项的二项式系数为C+C+C+C+C+C=C+C+C+C+C=C+C+C+C=C+C+C=C+C=C=56.
2.在二项式(+x)9的展开式中,常数项是________;系数为有理数的项的个数是________.
答案 16 5
解析 由题意,得(+x)9的通项为Tk+1=C()9-k·xk(k=0,1,2,…,9).当k=0时,可得常数项为T1=C()9=16.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.
考向2 已知两个因式之积求其特定项
(或系数)
例2 (1)(2024·湖南益阳质量检测)若(1+2x)(1-2x)5=a0+a1x+a2x2+…+a6x6,x∈R,则a2的值为(  )
A.-20 B.20
C.40 D.60
答案 B
解析 因为(1+2x)(1-2x)5=(1-2x)5+2x(1-2x)5,所以展开式中x2的系数a2=C(-2)2+2×C(-2)1=40-20=20.
(2)(2022·新高考Ⅰ卷)(x+y)8的展开式中x2y6的系数为________(用数字作答).
答案 -28
解析 展开式中含有x2y6的项为1·Cx2y6-·Cx3y5=-28x2y6.
【通性通法】
求解形如(a+b)n(c+d)m的展开式的特定项(或系数)问题的思路
(1)若n,m中一个比较小,可考虑把它展开,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)n(c+d)m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)利用(a+b)n,(c+d)m的通项,综合分析解决问题.
【巩固迁移】
3.(2024·湖南名校大联考)(x3+2)的展开式中的常数项为(  )
A.80 B.160
C.240 D.320
答案 D
解析 (x3+2)=x3·+2,展开式的通项为Tk+1=C(2x)6-k·=C·26-k·(-1)k·x6-3k,当6-3k=-3时,k=3,当6-3k=0时,k=2,则原展开式中的常数项为x3·C23(-1)3x-3+2C24(-1)2=-160+480=320.
考向3 已知三项式求其特定项(或系数)
例3 (1)(2023·佛山模拟)(x-y+2)5的展开式中,x3y的系数为(  )
A.80 B.40
C.-80 D.-40
答案 D
解析 (x-y+2)5=[x-(y-2)]5的展开式中含x3的项为Cx3(y-2)2,(y-2)2的展开式中含y的项为Cy(-2),所以(x-y+2)5的展开式中,x3y的系数为CC(-2)=-40.
(2)(x2+x+y)5的展开式中,x5y2的系数为________.
答案 30
解析 解法一:(x2+x+y)5=[(x2+x)+y]5,含y2的项为T3=C(x2+x)3·y2,其中(x2+x)3中含x5的项为Cx4·x=Cx5.所以x5y2的系数为CC=30.
解法二:(x2+x+y)5表示5个因式(x2+x+y)之积.所以x5y2可从两个因式中取x2,剩余的3个因式中1个取x,其余两个取y,因此x5y2的系数为CCC=30.
【通性通法】
求三项展开式中特定项(系数)的方法
【巩固迁移】
4.的展开式中常数项为(  )
A.-61 B.-59
C.-57 D.-55
答案 B
解析 将原式看成6个相同的因式相乘,按x的选取个数分类,得展开式中常数项为C+CC(-2)+CC(-2)2=-59.
考点二 二项式系数与各项的系数和问题
例4 (1)(多选)(2024·盐城调研)在的展开式中,各项系数和与二项式系数和之和为128,则(  )
A.二项式系数和为64 B.各项系数和为64
C.常数项为-135 D.常数项为135
答案 ABD
解析 在的展开式中,各项系数和与二项式系数和之和为128,令x=1,得各项系数和为2n,二项式系数和为2n,则2×2n=128,得n=6,即二项式系数和为64,各项系数和也为64,故A,B正确;展开式的通项为Tk+1=C(3x)6-k·=C(-1)k36-k·x6-k,令6-k=0,得k=4,因此展开式中的常数项为T5=C(-1)4·32=135,故D正确.
(2)(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
答案 B
解析 令x=1,则a4+a3+a2+a1+a0=1,令x=-1,则a4-a3+a2-a1+a0=(-3)4=81,故a4+a2+a0==41.故选B.
【通性通法】
(1)“赋值法”普遍适用于恒等式,是一种重要的方法.对形如(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,常用赋值法,只需令x=1即可;对形如(ax+by)n(a,b∈R)的式子求其展开式的各项系数之和,只需令x=y=1即可.
(2)若f(x)=a0+a1x+a2x2+…+anxn,则f(x)展开式中各项系数之和为f(1),奇数项系数之和为a0+a2+a4+…=,偶数项系数之和为a1+a3+a5+…=.
【巩固迁移】
5.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.1120 D.1680
答案 C
解析 根据题意,奇数项的二项式系数之和也应为128,所以在(1-2x)n的展开式中,二项式系数之和为256,即2n=256,解得n=8,则(1-2x)8的展开式的中间项为第5项,且T5=C(-2)4x4=1120x4,即展开式的中间项的系数为1120.故选C.
6.已知-C(2-x)+C(2-x)2-C(2-x)3+…+C(2-x)100=a0+a1x+a2x2+…+a100x100,则a1+a2+a3+…+a99的值是________.
答案 -2
解析 记f(x)=1-C(2-x)+C(2-x)2-C(2-x)3+…+C(2-x)100-1=[1-(2-x)]100-1=(x-1)100-1,即(x-1)100-1=a0+a1x+a2x2+…+a100x100.令x=1,得a0+a1+a2+…+a100=-1.令x=0,得a0=0,又易知a100=1,所以a1+a2+a3+…+a99=-2.
考点三 二项展开式中的系数最值问题
例5 (2023·江苏南京模拟)若(2+ax)n(a≠0)的展开式中各项的二项式系数之和为512,且第6项的系数最大,则a的取值范围为________.
答案 [2,3]
解析 2n=512,n=9,T6=C24(ax)5,T5=C25(ax)4,T7=C23(ax)6,∵第6项的系数最大,∴则2≤a≤3.故a的取值范围为[2,3].
【通性通法】
1.二项式系数最大项的确定方法
当n为偶数时,展开式中第+1项的二项式系数最大,最大值为Cn;当n为奇数时,展开式中第项和第项的二项式系数最大,最大值为Cn或Cn.
2.二项展开式系数最大项的求法
如求(a+bx)n(a,b∈R)的展开式系数最大的项,一般是采用待定系数法.设展开式各项系数分别为A1,A2,…,An+1,且第k项系数最大,应用注意解出k后要检验首末两项.
【巩固迁移】
7.(多选)(2024·唐山模拟)下列关于的展开式的说法中正确的是(  )
A.常数项为-160
B.第4项的系数最大
C.第4项的二项式系数最大
D.所有项的系数和为1
答案 ACD
解析 展开式的通项为Tk+1=C·(-2x)k=(-2)kC·x2k-6.对于A,令2k-6=0,解得k=3,∴常数项为(-2)3C=-8×20=-160,A正确;对于B,由通项知,若要系数最大,k的所有可能取值为0,2,4,6,∴T1=x-6,T3=4Cx-2=60x-2,T5=(-2)4Cx2=240x2,T7=(-2)6x6=64x6,∴展开式第5项的系数最大,B错误;对于C,展开式共有7项,得第4项的二项式系数最大,C正确;对于D,令x=1,则所有项的系数和为(1-2)6=1,D正确.
考点四 二项式定理的综合应用
例6 (1)(2023·湖北荆州中学模拟)已知m>0,且152024+m恰能被14整除,则m的取值可以是(  )
A.1 B.12
C.7 D.27
答案 D
解析 ∵152024+m=(1+14)2024+m=1+C141+C142+C143+…+C142024+m,故若152024+m恰能被14整除,只需要1+m能被14整除即可,又m>0,∴m的取值可以是13,27等.故选D.
(2)(2024·广东佛山模拟)1.026的近似值(精确到0.01)为(  )
A.1.12 B.1.13
C.1.14 D.1.20
答案 B
解析 1.026=(1+0.02)6=1+C×0.02+C×0.022+C×0.023+…+0.026≈1+0.12+0.006≈1.13.故选B.
【通性通法】
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.
【巩固迁移】
8.(2023·四川绵阳中学模拟)2424被5除的余数为(  )
A.1 B.2
C.3 D.4
答案 A
解析 由题意可知,2424=(25-1)24,则其展开式的通项为Tk+1=C·2524-k·(-1)k(k=0,1,2,…,24),由通项可得,只有k=24时,T25=C×250×(-1)24=1不能被5整除,其余项均能被5整除.故2424被5除的余数为1.故选A.
9.(2024·湖南长沙一中阶段考试)估算C0.998+C0.9982+C0.9983+C0.9984+C0.9985的结果,精确到0.01的近似值为(  )
A.30.84 B.31.84
C.30.40 D.32.16
答案 A
解析 原式=(1+0.998)5-1=(2-0.002)5-1=C25-C24×0.002+C23×0.0022-…-C×0.0025-1≈32-0.16-1=30.84.故选A.
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第二节 二项式定理
课标解读 考向预测
能用多项式运算法则和计数原理证明二项式定理,会用二项式定理解决与二项展开式有关的简单问题. 近几年的高考中考查了二项展开式的通项的应用、二项式定理的正用和逆用,二项式系数的性质与各项的和.预计2025年高考可能会以二项式、三项式或两因式乘积的形式呈现,考查特定项或特定项的系数,难度中档.
【知识梳理】
1.二项式定理
(1)二项式定理:(a+b)n=Can+Can-1b+…+Can-kbk+…+Cbn(n∈N*);
(2)通项:Tk+1=Can-kbk,它表示第k+1项;
(3)二项式系数:二项展开式中各项的系数C,C,…,C.
2.二项式系数的性质
(1)对称性:与首末两端“等距离”的两个二项式系数相等.
(2)增减性与最大值:当n是偶数时,中间的一项C取得最大值;当n是奇数时,中间的两项C与C相等,且同时取得最大值.
3.各二项式系数和
(1)(a+b)n展开式的各二项式系数和:C+C+C+…+C=2n.
(2)奇数项的二项式系数的和等于偶数项的二项式系数的和,即C+C+C+…=C+C+C+…=2n-1.
【常用结论】
(a+b)n的展开式形式上的特点:
(1)项数为n+1.
(2)各项的次数都等于二项式的幂指数n,即a与b的指数的和为n.
(3)字母a按降幂排列,从第一项开始,次数由n逐项减1直到零;字母b按升幂排列,从第一项起,次数由零逐项增1直到n.
(4)二项式系数从C,C,一直到C,C.
(5)二项式系数与项的系数是完全不同的两个概念.二项式系数是指C,C,…,C,它只与各项的项数有关,而与a,b的值无关;而项的系数是指该项中除变量外的常数部分,它不仅与各项的项数有关,还与a,b的值有关.
(6)(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.
【诊断自测】
1.概念辨析(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)Can-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,某项的系数与该项的二项式系数一定不同.(  )
(4)(a+b)n的展开式中每一项的二项式系数与a,b的值无关.(  )
2.小题热身
(1)(x-1)10的展开式的第6项的系数是(  )
A.C B.-C
C.C D.-C
(2)(人教B选择性必修第二册习题3-3A T2改编)的展开式中,x2的系数为(  )
A.-45 B.-10
C.10 D.45
(3)(多选)(2024·江苏南京宁海中学模拟)关于的展开式,下列结论正确的是(  )
A.所有项的二项式系数和为32
B.所有项的系数和为0
C.常数项为-20
D.系数最大的项为第3项
(4)已知C+2C+22C+23C+…+2nC=243,则C+C+C+…+C=(  )
A.31 B.32
C.15 D.16
【考点探究】
考点一 二项展开式的通项及其应用(多考向探究)
考向1 求二项展开式中的特定项(或系数)
例1 (1)二项式的展开式中的常数项是(  )
A.-45 B.-10
C.45 D.65
(2)(2023·天津高考)在的展开式中,x2的系数是________.
解法二:将二项式看成6个多项式相乘,要想出现x2项,则先在2个多项式中分别取2x3,然后在余下的多项式中都取-,相乘,即C(2x3)2×C=60x2,所以x2的系数为60.
【通性通法】
求二项展开式中特定项的步骤
【巩固迁移】
1.(2023·江苏无锡江阴模拟)二项式(1+2x)2+(1+2x)3+…+(1+2x)7的展开式中,含x2项的二项式系数为(  )
A.84 B.56
C.35 D.21
2.在二项式(+x)9的展开式中,常数项是________;系数为有理数的项的个数是________.
考向2 已知两个因式之积求其特定项
(或系数)
例2 (1)(2024·湖南益阳质量检测)若(1+2x)(1-2x)5=a0+a1x+a2x2+…+a6x6,x∈R,则a2的值为(  )
A.-20 B.20
C.40 D.60
(2)(2022·新高考Ⅰ卷)(x+y)8的展开式中x2y6的系数为________(用数字作答).
【通性通法】
求解形如(a+b)n(c+d)m的展开式的特定项(或系数)问题的思路
(1)若n,m中一个比较小,可考虑把它展开,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)n(c+d)m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)利用(a+b)n,(c+d)m的通项,综合分析解决问题.
【巩固迁移】
3.(2024·湖南名校大联考)(x3+2)的展开式中的常数项为(  )
A.80 B.160
C.240 D.320
考向3 已知三项式求其特定项(或系数)
例3 (1)(2023·佛山模拟)(x-y+2)5的展开式中,x3y的系数为(  )
A.80 B.40
C.-80 D.-40
(2)(x2+x+y)5的展开式中,x5y2的系数为________.
【通性通法】
求三项展开式中特定项(系数)的方法
【巩固迁移】
4.的展开式中常数项为(  )
A.-61 B.-59
C.-57 D.-55
考点二 二项式系数与各项的系数和问题
例4 (1)(多选)(2024·盐城调研)在的展开式中,各项系数和与二项式系数和之和为128,则(  )
A.二项式系数和为64 B.各项系数和为64
C.常数项为-135 D.常数项为135
(2)(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
【通性通法】
(1)“赋值法”普遍适用于恒等式,是一种重要的方法.对形如(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,常用赋值法,只需令x=1即可;对形如(ax+by)n(a,b∈R)的式子求其展开式的各项系数之和,只需令x=y=1即可.
(2)若f(x)=a0+a1x+a2x2+…+anxn,则f(x)展开式中各项系数之和为f(1),奇数项系数之和为a0+a2+a4+…=,偶数项系数之和为a1+a3+a5+…=.
【巩固迁移】
5.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.1120 D.1680
6.已知-C(2-x)+C(2-x)2-C(2-x)3+…+C(2-x)100=a0+a1x+a2x2+…+a100x100,则a1+a2+a3+…+a99的值是________.
考点三 二项展开式中的系数最值问题
例5 (2023·江苏南京模拟)若(2+ax)n(a≠0)的展开式中各项的二项式系数之和为512,且第6项的系数最大,则a的取值范围为________.
【通性通法】
1.二项式系数最大项的确定方法
当n为偶数时,展开式中第+1项的二项式系数最大,最大值为Cn;当n为奇数时,展开式中第项和第项的二项式系数最大,最大值为Cn或Cn.
2.二项展开式系数最大项的求法
如求(a+bx)n(a,b∈R)的展开式系数最大的项,一般是采用待定系数法.设展开式各项系数分别为A1,A2,…,An+1,且第k项系数最大,应用注意解出k后要检验首末两项.
【巩固迁移】
7.(多选)(2024·唐山模拟)下列关于的展开式的说法中正确的是(  )
A.常数项为-160
B.第4项的系数最大
C.第4项的二项式系数最大
D.所有项的系数和为1
考点四 二项式定理的综合应用
例6 (1)(2023·湖北荆州中学模拟)已知m>0,且152024+m恰能被14整除,则m的取值可以是(  )
A.1 B.12
C.7 D.27
(2)(2024·广东佛山模拟)1.026的近似值(精确到0.01)为(  )
A.1.12 B.1.13
C.1.14 D.1.20
【通性通法】
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.
【巩固迁移】
8.(2023·四川绵阳中学模拟)2424被5除的余数为(  )
A.1 B.2
C.3 D.4
9.(2024·湖南长沙一中阶段考试)估算C0.998+C0.9982+C0.9983+C0.9984+C0.9985的结果,精确到0.01的近似值为(  )
A.30.84 B.31.84
C.30.40 D.32.16
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