754
Dang Thanh Nam
Auditing 51a, National economics University, Ha Noi, Viet Nam Dang Thanh Nam
Auditing 51a, National economics University, Ha Noi, Viet Nam Email : dangnamneu@gmail.com
Yahoo: changtraipkt Mobile: 0976266202
CHUYÊN ĐỀ 14:
NHỊ THỨC NEWTON VÀ ỨNG DỤNG
755
Dang Thanh Nam
Auditing 51a, National economics University, Ha Noi, Viet Nam
756
Dang Thanh Nam
Auditing 51a, National economics University, Ha Noi, Viet Nam Dang Thanh Nam
Auditing 51a, National economics University, Ha Noi, Viet Nam Email : dangnamneu@gmail.com
Yahoo: changtraipkt Mobile: 0976266202
KIẾN THỨC CẦN NHỚ
Công thức khai triển nhị thức NEWTON
Cho 2 số dương a b, và số nguyên dương nthì ta có
0 1 1
0
( ) ...
n
n k n k k n n n n
n n n n
k
a b C a b C a C a b C b
0 1 1
0
( ) ( 1) ... ( 1)
n
n k k n k k n n n n n
n n n n
k
a b C a b C a C a b C b
Trong các công thức trên ta có + Số các số hạng là n1.
+ Tổng các số mũ của avà btrong mỗi số hạng bằng n. + Số hạng thứ k1trong khai triển là Tk1 C ank n k bk. + Các hệ số cách đều 2 số hạn đầu và cuối thì bằng nhau.
Một số khai triển hay sử dụng
0 1 1
0
0 1 1
0
(1 ) ...
(1 ) ( 1) ... ( 1)
n
n k k n n
n n n n
k n
n k k k n n n
n n n n
k
x C x C C x C x
x C x C C x C x
Các hướng giải quyết bài toán dạng này
Nếu bài toán cho khai triển ( )
0 0
( ) ( ) ( )
n n
a b n i a n i b i i a n i bi
n n
i i
x x C x x C x
, khi đó hệ sốcủa xmlà Cnisao cho a n i( )bim.
Nếu bài toán đề cập đến max; min của các số hạng Cnithì xét
Tìm maxTkthì giả sử Tklà lớn nhất khi đó 1
1
k k
k k
T T T T k
Tìm min Tkthì giả sử Tklà nhỏ nhất khi đó 1
1
k k
k k
T T T T k
Trong biểu thức có
1
( 1)
n
i n i
i i C
thì dùng đạo hàm. Trong biểu thức có
1
( )
n
i n i
i k C
thì nhân 2 vế với xkrồi lấy đạo hàm. Trong biểu thức có
1 n
k i n i
a C
lấy xathích hợp.757
Dang Thanh Nam
Auditing 51a, National economics University, Ha Noi, Viet Nam
Trong biểu thức có
1
1 1
n
i n i
i C
thì lấy tích phân xác định trên đoạn [ , ]a b thích hợp.CÁC BÀI TOÁN VỀ HỆ SỐ NHỊ THỨC
BÀI TẬP MẪU
Bài 1. Cho khai triển Q x( )(1x)9(1x)10... (1 x)14a0a x1 ...a x14 14. Tìm a9. Lời giải:
+ Hế số của x9trong khai triển Q x( )(1x)9(1x)10... (1 x)14là C C99; 109;C119;C129;C139;C149 . Vậy a9 C99C109 ...C149 3003.
Bài 2. Tìm hệ số của x16trong khai triển (x22 )x 10. Lời giải:
+ Ta có
10 10
2 10 2 10 20
10 10
0 0
( 2 ) k( ) k( 2 )k ( 2)k k k
k k
x x C x x C x
+ Chọn 20k16k 4.
Vậy hế số của x16trong khai triển là: C104( 2) 4
Bài 3. Tìm hệ số của x1008trong khai triển của nhị thức 2 13 2009
(x )
x . Lời giải:
+ Số hạng thứ k1trong khai triển là
2 2009 4018 5
1 2009 3 2009
( ) (1 )
k k k k k
Tk C x C x
x
.
+ Chọn 4018 5 k1008k602. Vậy hệ số của x1008trong khai triển là C20091008.
Bài 4. Tìm hệ số của x8trong khai triển thành đa thức của 1x2(1x)8. Lời giải:
+ Ta có
8 8
2 8 2 2
8 8
0 0 0
[1 (1 )] [ (1 )] ( 1)
k
k k k k i i i
k
k k i
x x C x x C x C x
Vậy hệ số của x8trong khai triển là ( 1) iC C8k ki thỏa mãn
0 8
0 2
2 8
4 3
, i k
i i
k i
k k
i k
Vậy hệ số của x8là: ( 1) 0C C84 40 ( 1)2C C83 32 238.
758
Dang Thanh Nam
Auditing 51a, National economics University, Ha Noi, Viet Nam
Bài 5. Xác định hệ số của x3trong khai triển thành đa thức của P x( )(1 2 x3x2 10) . Lời giải:
+ Ta có P x( )(1 2 x3x2 10)
1x(2 3 ) x
1010 10 0
(2 3 )
k k k
k
C x x
1 2 2 2 3 3 3 10 10 10
10o 10 (2 3 ) 10 (2 3 ) 10 (2 3 ) ... 10 (2 3 )
C C x x C x x C x x C x x
Suy ra hệ số của x3chỉ xuất hiện trong C x102 2(2 3 ) x 2C x103 3(2 3 ) x 3 Vậy hệ số của x3trong khai triển của P x( )là: 12C102 8C103 1500 . Bài 6. Tìm hệ số x16trong khai triển thành đa thức của 1x2(1x2)16 Lời giải:
+ Ta có
16 16
2 2 16 2 2 2 2
16 16
0 0
1 (1 ) k( (1 ))k ( 1)k k k(1 )k
k k
x x C x x x C x
16 16
2 2 2( )
16 16
0 0 0
( 1) ( ) ( 1)
k
k k k i i k i k i k i
k k
k i k
x C C x C C x
Vậy hệ số của x16là ( 1) k iC C16k kithỏa mãn
0 16
0 1 2 3 4
2( ) 16
8 7 6 5 4
, i k
i i i i i
k i
k k k k k
i k
Vậy hệ số của x16trong khai triển là
8 0 7 1 6 2 5 3 4 4
16 8 16 7 16 6 16 5 16 4 258570 C C C C C C C C C C
Bài 7. Cho biết tổng tất cả các hệ số của khai triển nhị thức (x21)nbằng 1024. Hãy tìm hệ số
( *)
a a của số hạng ax12trong khai triển đó.
Lời giải:
+ Ta có 2 2 0 1 2 2 4 2
0
( 1) ...
n
n k k n n
n n n n n
k
x C x C C x C x C x
, thay x1vào ta được0 1 2
2n Cn Cn Cn ...Cnn 1024n10 Vậy hệ số của số hạng ax12là : aC106 210.
Bài 8. Tìm hệ số của số hạng chứa x26trong khai triển nhị thức NEWTON của nhị thức
7 4
1 n
x x
, biết rằng C12n1C22n1C23n1....C2nn12201( n nguyên dương, Cnklà tổ hợp chập k của n phần tử).
Lời giải:
759
Dang Thanh Nam
Auditing 51a, National economics University, Ha Noi, Viet Nam
+ Theo giả thiết ta suy ra C20n1C21n1C22n1C23n1....C2nn1220 Mặt khác C2kn1 C22nn 11 k(0k2n1). Từ đó
0 1 2 3
2 1 2 1 2 1 2 1 2 1
0 1 2 1 2 3 2 1 2 1
2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1
20 0 1 2 3 2
2 1 2 1 2 1 2 1 2 1
2( .... )
.... .... 2
2 .... 2 10
n
n n n n n
n n n n n n
n n n n n n n n
n n
n n n n n
C C C C C
C C C C C C C C
C C C C C n
+ Số hạng thứ k+1 của khai triển là
4 10 7 11 40
10k( ) k( )k 10k k
Tk C x x C x Chọn 11k4026k6 Vậy hệ số của x26là C106 210.
Bài 9. Với n là số nguyên dương, gọi a3n3là hệ số của số hạng chứa x3n3trong khai triển thành đa thức của (x21) (n x2)n. Tìm n để a3n3 26n.
Lời giải:
+ Ta có 2 2 2
0 0 0 0
( 1) ( 2) 2 2
n n n k
n n k k i i n i k i n i k i
n n n n
k i k i
x x C x C x C C x
.Chọn 2k i 3n3, thỏa mãn 0 ,
1 3
2 3 3
, 1
i k n
i n i n
k i n
k n k n
i k
Vậy hệ số của số hạng chứa x3n3là a3n3 2Cnn1Cnn123C Cnn nn3
2 4 ( 1)( 2)
2 26 5
3 n n n
n n n
Vậy n5là giá trị cần tìm.
Bài 10. Xác định hệ số ancủa xntrong khai triển thành đa thức của
1 x 2x2...nxn
2, Tìmn biết rằng an 6n Lời giải:
Ta có
1 x 2x2...nxn
2 1 x 2x2 ...nxn
1 x 2x2...nxn
, do đó hệ số ancủa xn trong khai triển là2 2 2
1. 1( 1) 2( 2) ... .1 2 (1 2 ... ) (1 2 ... )
an n n n n n n n n
( 1) ( 1)(2 1) 3 11
2 2 6 6
n n n n n n n
n n
760
Dang Thanh Nam
Auditing 51a, National economics University, Ha Noi, Viet Nam
Vậy
3 11
6 6 5
n 6
n n
a n n n
.
Vậy n5là giá trị cần tìm.
Bài 11. Cho khai triển
2
0 1 2
2 3
1 1 1 1
( ) ... ...
2 2 2 2
n n n
P x x x x x a a x a x a x
.Xác định hệ số của
1 2
n ; n
x x . Lời giải:
Nhận thấy phương trình P x( )0, có n nghiệm phân biệt
_____
( 1, )
x ii n là 1 21 1
; ;...;
2 2 2n
, do đó theo định lí Vi – ét ta có:
1 2
1 , 1,
;
n n
n n
i i j
i n i j i j n
a a
x x x
a a
. Dễ thấy an 1.Vậy 1 2 3
1
1 1
1 1 1 ... 1 1 2 1 1
2 2 2 2 2 1 1 2
2
n n
n i n n
i
a x
.2 2
2
2 2 4 2
, 1, 1 1
1 1 1 1 1 1
1 ...
2 2 2 2 2 2
n n n
n i j i i n n
i j i j i i
a x x x x
Bài 12. Cho khai triển
1 2 x
n a0a x1 a x2 2...a xn n, tính tổng sau S a1 2a2 3a3 ...n anLời giải:
Xét khai triển
1 2 x
n b0b x b x1 2 2...b xn n(*), Dễ thấy ta có0 0; 1 1; 2 2;...; n n.
a b a b a b a b Vậy tổng Sbằng tổng sau
1 2 2 3 3 ... n
S b b b nb , lấy đạo hàm theo x ở 2 vế của (*) ta được
1 1 2 3 2 12n 1 2 x n b 2b x3b x ...nb xn n (1), thay vào 2 vế của (1) x1 ta được
1
1 2 2 3 3 ... n 2 .3n
S b b b nb n . Bài 13. Cho khai triển nhị thức
761
Dang Thanh Nam
Auditing 51a, National economics University, Ha Noi, Viet Nam
1
1 1 1 1 1
0 1 1
3 3 3 3
2 2 2 2 . 2 ... 2 . 2 2
n n
n n
x x x x
x x x x
n n
n n n n
x C x C x C x C
( n là số nguyên dương). Biết rằng trong khai triển đó Cn3 5Cn1và số hạng thứ tư bằng 20n. Tính n x, . Lời giải:
+ Theo giả thiết 3 1 ( 1)( 2) *
5 5 7( )
n n 6
n n n
C C n n n
.
Số hạng thứ tư trong khai triển là
3 1 4
3 2 3 2 2
3 7 . 2 35.2 .2 20 140 4
x x
x x
T C x n x
Bài 14. Tìm xbiết rằng trong khai triển của nhị thức:
1
2 22 n
x x
có tổng 2 số hạng thứ 3 và thứ 5 bằng 135, còn tổng 3 hệ số của 3 số hạng cuối bằng 22.
Lời giải:
+ Số hạng thứ (k1)trong khai triển là
2 212k x k x n k
k n
T C
Từ đó suy ra
Tổng 2 số hạng thứ 3 và thứ 5 bằng 135
2 4
1 1
2 4
2 2 4 2
2 4 n 2x n 2 x n 2x n 2 x 135(1)
T T C C
Tổng 3 hệ số của 3 số hạng cuối bằng 22
2 1
22(2)
n n n
n n n
C C C
Từ ( 1)
(2) 1 22 6
2
n n n n
, thay vào (1) ta được
2 4 1 2 4 2 2 4 2 1 2 2 2
62 .2 62 .2 135 2 2 9; 2
4 1
2 4 9 1 1
2 2
x x x x x x x
C C t
t x
t t t x
Vậy 1
1; 2
x
là giá trị cần tìm.
Bài 15. Tìm hệ số của số hạng chứa x4trong khai triển
4 5 6 15
( ) (1 ) (1 ) (1 ) ... (1 )
P x x x x x Lời giải:
762
Dang Thanh Nam
Auditing 51a, National economics University, Ha Noi, Viet Nam
Ta có P x( )(1x) 1 (14
x) (1 x)2... (1 x)11
12
41 (1 ) 1 16 1 4
(1 ) (1 ) (1 )
1 (1 )
x x x x
x x x
Vậy hệ số của x5trong khai triển là C165 4368.
Bài 16. Tìm hệ số của số hạng chứa xtrong khai triển của tổng sau
2 1
( ) (1 ) 2(1 ) ... ( 1)(1 )n (1 )n S x x x n x n x Lời giải:
Ta có S x( )(1x F x F x) ( ); ( ) 1 2(1x) 3(1 x)2...n(1x)n1 Để ý F x( )là đạo hàm của tổng
2 3 1 (1 ) 1 1 1
( ) 1 (1 ) (1 ) ... (1 ) (1 ) (1 ) (1 )
1 (1 )
n
n x n
G x x x x x x x x
x x x
Bài 17. Tìm số hạng không chứa xtrong khai triển
7 3
4
1 ( 0)
x x
x
Lời giải:
+ Số hạng thứ k1trong khai triển là
7 7
3 7 3 12
1 7 4 7
( ) 1
k
k k k k
Tk C x C x
x
Chọn 7 7
0 4
312k k .
Vậy số hạng không chứa xtrong khai triển là: T5 C74 35. Bài 18. Trong khai triển
28
3 15 ( 0)
n
x x x x
. Hãy tìm số hạng không phụ thuộc vào x, biết rằng CnnCnn1Cnn2 79.
Lời giải:
+Từ giả thiết ta có
1 2 ( 1) *
79 1 79 12( )
2
n n n
n n n
C C C n n n n n
Vậy số hạng thứ (k1)trong khai triển là
28 48
12 16
3 15 15
1 12( ) 12
k
k k k k
Tk C x x x C x
Chọn 48
16 0 5
15k k
. Vậy số hạng không phụ thuộc xlà T6 C125 792.
763
Dang Thanh Nam
Auditing 51a, National economics University, Ha Noi, Viet Nam
Bài 19. Tìm số nguyên dương n nhỏ nhất sao cho trong khai triển (1x)n có 2 hệ số liên tiếp có tỷ số là 7
5 . Lời giải:
Ta có
0
(1 )
n
n k k
n k
x C x
Hệ số của 2 số hạng liên tiếp là Cnkvà Cnk1. Theo giả thiết ta có:1
7 1 7 1
3 2 (0 )
5 5 7
k n k n
C k k
n k k n
C n k
. Do cả 2 số
*
min
1 1
, 6 21
7 7
k k
n k n k n
.
Vậy giá trị nhỏ nhất của n là 21.
Bài 20. Tìm giá trị lớn nhất của biểu thức
2
0
1
n k k n k
n k
k nx C x x
BÀI TOÁN VỚI SỐ HẠNG LỚN NHẤT, NHỎ NHẤT
BÀI TẬP MẪU
Bài 1. Cho khai triển nhị thức
10
2 10
0 1 2 10
1 2
3 3x a a x a x ... a x
. Hãy tìm số hạng aklớn nhất.
Lời giải:
+ Ta có
10 10 10 10
10 10 10 10 10
0 0
1 2 1 2 2 2
3 3 3 3 3 3
k k k k
k k k k
k
k k
x C x C x a C
Giả sử ak max( ; ;...a a0 1 a10), từ đó ta có
1 1
1 10 10
1 1
1 10 10
2 2 19 22
3 3 7
2 2
k k k k
k k
k k k k
k k
a a C C
k k
a a C C
Vậy số hạng lớn nhất là
7 7
7 10 10
2 a 3 C . Bài 2. Khai triển đa thức
12 0 1 12 12( ) 1 2 ...
P x x a a x a x . Tìm max( ; ;...;a a0 1 a12).
Lời giải:
+ Ta có
12 12
12
0 0
1 2 nk(2 )k nk2k k k nk2k
k k
x C x C x a C
.Giả sử ak max( ; ;...;a a0 1 a12). Từ đó ta có
764
Dang Thanh Nam
Auditing 51a, National economics University, Ha Noi, Viet Nam
1 1
1 12 12
1 1
1 12 12
2 2 23 25
3 3 8
2 2
k k k k
k k
k k k k
k k
a a C C
k k
a a C C
Vậy số hạng lớn nhất là a8 C1282 .18
Bài 3. Giả sử P x( )(1 2 ) x n a0a x1 a x2 2...a xn n thỏa nãn hệ thức
1 2
0 2 ... 4096
2 2 2
n n
a a a
a .
Tìm hệ số lớn nhất trong các hệ số { ; ;a a a0 1 2;...;an}. Lời giải:
Ta có (1 2 ) x n a0a x1 a x2 2 ...a xn n, thay vào 2 vế với 1
x2ta được
1 2 12
0 2
2 ... 4096 2 12
2 2 2
n n
n
a a a
a n
.
Vậy
12 12
12
12 12 12
0 0
(1 2 ) k(2 )k k2k k k k 2k
k k
x C x C x a C
Giả sử aklà hệ số lớn nhất, khi đó ta có
1 1
1 12 12
1 1
1 12 12
2 2
8
2 2
k k k k
k k
k k k k
k k
a a C C
a a C C k
Vậy hệ số lớn nhất là a8 28C128 126720
Bài 4. Xét khai triển (x2)n a0a x1 a x2 2 ...a xn n. Tìm n để max{ ; ;a a a0 1 2;...;an}a10 Lời giải:
Ta có
0
( 2) 2 2
n
n k n k k k n k
n k n
k
x C x a C
0 1 2 10
ax{ ; ; ;...; n}
m a a a a a , khi và chỉ khi
10 10 11 11
10 11
10 10 9 9
10 9
2 2
29 32 30;31
2 2
n n
n n
n n
n n
a a C C
n n
a a C C
Vậy n
30;31
là giá trị cần tìm.Bài 5. Cho tập hợp A gồm n phần tử (n4). Biết rằng, số tập con gồm 4 phần tử của A bằng 20 số tập con gồm 2 phần tử của A. Tìm k{0;1; 2;...; }n sao cho số tập con gồm k phần tử của A là lớn nhất.
Lời giải:
Sô tập con gồm 4 phần tử của A là tổ hợp chập 4 phần tử của n: Cn4 Số tập con gồm 2 phần tử của A là tổ hợp chập 2 phần tử của n: Cn2. Theo đề bài ta có
765
Dang Thanh Nam
Auditing 51a, National economics University, Ha Noi, Viet Nam
4 2
2
( 1)( 2)( 3) ( 1)
20 20
24 2
5 234 0 18
n n
n n n n n n
C C
n n n
Số tập con gồm k phần tử của A là ak C18k , giả sử aklà lớn nhất khi đó
1
1 18 18
1
1 18 18
9
k k
k k
k k
k k
a a C C
a a C C k
Vậy k 9là giá trị cần tìm.
BÀI TẬP ĐỀ NGHỊ
Bài 1. Gọi a a1, 2,...,a11là các hệ số trong khai triển sau
10 2 11
0 1 2 11
(x1) (x2)a xa xa x ...a x . Hãy tìm a5.
Bài 2. Tìm hệ số của số hạng chứa x5trong khai triển x(1 2 ) x 5x2(1 3 ) x 10.
Bài 3. Tìm hệ số của số hạng chứa x9trong khai triển của (x33x22)n. Biết rằng
4
3 4
1
24 23
n
n n
A A C
.
Bài 4. Tìm hệ số của số hạng chứa x3trong khai triển
3 4 5 22
( ) (1 2 ) (1 2 ) (1 2 ) ... (1 2 ) P x x x x x .
Bài 5. Tìm hệ số của x8trong khai triển (x22)n, biết rằng An3C1n 8Cn249. Bài 6. Tìm hệ số của x6trong khai triển (x2 x 1)n thành đa thức, biết:
1 2 20
2n 1 2n 1 ... 2nn 1 2 1
C C C .
Bài 7. Xác định hệ số của x11 trong khai triển thành đa thức của (x22) (3n x31)n, biết:
2 2 1 2 2 0
2nn 3 2nn .... ( 1) 3k k 2nn k ... 3 n 2n 1024 C C C C . Bài 8. Khai triển 3 12 0 3 1 3 5 2 3 10
( ) ...
2
n
n n n
P x x a x a x a x
x
. Biết rằng 3 hệ số đầu
0 1 2
( ; ;a a a ) lập thành cấp số cộng. Tính số hạng chứa x4.
Bài 9. Tìm hệ số của số hạng chứa x10trong khai triển nhị thức Newton của (2x)n, biết :
0 1 1 2 2 3 3
3nCn 3nCn3n Cn 3n Cn ... ( 1) nCnn 2048.
Bài 10. Tìm hệ số của số hạng x8trong khai triển nhị thức Newton của 13 5 n x x
, biết rằng
1
4 3 7( 3)
n n
n n
C C n ( n là số nguyên dương, x0). Bài 11. Cho khai triển của đa thức
2 3 20 2 20
0 1 2 20
( ) ( 1) 2( 1) 3( 1) ... 20( 1) ...
P x x x x x a a x a x a x Hãy tính hệ số a15.
766
Dang Thanh Nam
Auditing 51a, National economics University, Ha Noi, Viet Nam
Bài 12. Trong khai triển đa thức sau
2x1
n x2
n a x2n 2na2n1x2n1...a x1 a0. Tìm n, biết rằng a2n1160.Bài 13. Tìm số nguyên dương n, biết
1 2 3
1
2 3
2 3 1
... 1
2 2 2 2 32
n
n n n n n
n
C C C nC
.
Bài 14. Cho 1 3
1
30
1 1
2 2
2 2
n n n k k
x k x
x n x
k
C
, biết n thỏa mãn C1nCn3 2Cn2 và số hạng thứ tư trong khai triển trên bằng 2010n. Xác định n và x.Bài 15. Tìm hệ số của x8trong khai triển sau
12
4 1
1 x x
.
Bài 16. Đặt
1 x x2x3
4 a0 a x1 a x2 2 ...a x12 12. Tính hệ số của a7.Bài 17. Khai triển và rút gọn biểu thức
2
3
0 1 2 21 x 2 1x 3 1x ...n 1x n a a xa x ...a xn n. Tính hệ số của a8, biết rằng n là số nguyên dương thỏa mãn 12 73 1
n n
C C n. Bài 18. Cho số nguyên dương n4và
2 4 2
0 2 2 2
2
... 4096
3 5 2 1 13
n
n n n
n
C C C
S C
n
. Tìm n.
Bài 19. Giả sử n là số nguyên dương và
1x
n a0 a x1 ...a xn n. Biết rằng tồn tại số nguyên
1 1
k kn sao cho 1 1
2 9 24
k k k
a a a
. Tìm n.
Bài 20. Biết rằng
2x
100a0a x1 ...a x100 100. Chứng minh rằng a2 a3. Với giá trị nào của k thì ak ak1
0k99
.Bài 21. Cho biết tổng tất cả các hệ số của khai triển
3 2
2 1 2
n
nx nx