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二項(xiàng)式定理展開式各項(xiàng)系數(shù)之和

來源 :華課網(wǎng)校 2024-08-06 12:29:26

二項(xiàng)式定理是高中數(shù)學(xué)中一個(gè)非常重要的定理,它可以將一個(gè)二次式寫成兩個(gè)一次式的和,方便了我們的計(jì)算。而二項(xiàng)式定理展開式各項(xiàng)系數(shù)之和則是對定理的另一種解讀,從中我們可以看到一些數(shù)學(xué)美感。

二項(xiàng)式定理的公式是:$$(a+b)^n=\sum_^n\binoma^b^k$$ 其中,$\binom$表示從$n$個(gè)元素中選$k$個(gè)的組合數(shù),也可以表示為$\frac$。這個(gè)式子的意思是將$(a+b)$乘$n$次,每一項(xiàng)中$a$和$b$的次數(shù)之和都是$n$,然后把它們相加。

如果我們把這個(gè)式子展開,可以得到$$\begin(a+b)^n&=\binoma^n+\binoma^b+\cdots+\binomb^n\\&=a^n+na^b+\fraca^b^2+\cdots+nb^+b^n\end$$ 我們把每一項(xiàng)系數(shù)前的組合數(shù)拆開,得到了展開式的形式。其中,$\binom$的系數(shù)是$a^n$,$\binom$的系數(shù)是$na^b$,以此類推。這些系數(shù)被稱為二項(xiàng)式定理展開式的各項(xiàng)系數(shù)。

現(xiàn)在我們來計(jì)算一下這些系數(shù)的和:$$\begin\sum_^n\binom&=\binom+\binom+\cdots+\binom\\&=\frac+\frac+\cdots+\frac\\&=\frac+\frac+\cdots+\frac\\&=\frac+\frac+\frac+\cdots+\frac\\&=\sum_^n\frac\end$$ 最后一步等式是因?yàn)?\frac=1$,$\frac=1$。

我們發(fā)現(xiàn),二項(xiàng)式定理展開式各項(xiàng)系數(shù)之和正好等于$2^n$。這是因?yàn)?(a+b)^n$中一共有$n+1$項(xiàng),每一項(xiàng)的系數(shù)都是由二項(xiàng)式定理中的組合數(shù)$\binom$決定的,而組合數(shù)的個(gè)數(shù)正好是$2^n$。

這個(gè)結(jié)論非常有趣,也很美妙。它展示了數(shù)學(xué)中的一些奇妙對稱性和美感,也讓我們更加深入地理解了二項(xiàng)式定理。

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