6.3 二项式定理

人教 A 版 · 本节 2 页原书扫描(原文)+ 本站重写的讲解与习题详解考过 16 题 ↓

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本节的知识树

1 公式 · 最深 1 层。根是引本节作教材出处的实体,长链由 `prereqs` 构建期派生——源里只有最小一步。

考过本节的真题

共 16 道

讲解

本站对这一节的重写(不是原书转写):顺序可重组、推导可补全,目标是易读易学 + 与真题关联。原文以上方扫描图为准。

(a+b)2=a2+2ab+b2(a+b)^2 = a^2 + 2ab + b^2 是初中就背下来的。这一节要回答的是:把指数换成任意正整数 nn, (a+b)n(a+b)^n 展开之后长什么样?答案叫做二项式定理,而它的证明不用数学归纳法、不用求导—— 用上一节刚学的组合数就够了。这一点值得先说破:二项式定理不是一条新公式,它是”从 nn 个括号里 挑 bb“这件计数的事换了个写法。

本节只有两页(第 34—35 页),内容是定理本身、通项,以及两个例题。二项式系数的性质(对称性、 增减性、各项系数和)在下一节 §6.3.2,这里只把最容易混的那一对概念——二项式系数与某一项的 系数——先分清楚。

一、先看它为什么成立:每一项都是”挑出来的”

课本从 (a+b)2(a+b)^2 开始。按多项式乘法法则

(a+b)2=(a+b)(a+b)=a⋅a+a⋅b+b⋅a+b⋅b=a2+2ab+b2.(a+b)^2 = (a+b)(a+b) = a\cdot a + a \cdot b + b \cdot a + b \cdot b = a^2 + 2ab + b^2 .

关键不在结果,在中间那一行:展开式的每一项,都是”从第 1 个 (a+b)(a+b) 里挑一个字母、 从第 2 个 (a+b)(a+b) 里挑一个字母,再乘起来”。每个括号有 2 种挑法,由分步乘法计数原理, 合并同类项之前一共 22=42^2 = 4 项。

推广到 nn 个括号:(a+b)n(a+b)^n 是 nn 个 (a+b)(a+b) 相乘,每个括号挑 aa 或挑 bb, 合并同类项之前共 2n2^n 项,而且每一项都形如 an−kbka^{n-k}b^k(挑了 kk 次 bb,其余 n−kn-k 次挑 aa)。

于是问题变成:形如 an−kbka^{n-k}b^k 的项有多少个?

一句话:挑哪 kk 个括号出 bb,这一项就定了。 bb 的位置一旦选定,剩下的括号只能出 aa, 不需要再选。所以 an−kbka^{n-k}b^k 出现的次数,等于”从 nn 个括号里取 kk 个”的组合数 Cnk\mathrm{C}_n^k。 合并同类项,得到

(a+b)n=Cn0an+Cn1an−1b1+⋯+Cnkan−kbk+⋯+Cnnbn,n∈N∗.(a+b)^n = \mathrm{C}_n^0 a^n + \mathrm{C}_n^1 a^{n-1}b^1 + \cdots + \mathrm{C}_n^k a^{n-k}b^k + \cdots + \mathrm{C}_n^n b^n, \qquad n \in \mathbf{N}^* .

这就是二项式定理。右边叫做 (a+b)n(a+b)^n 的二项展开式,其中各项的系数 Cnk\mathrm{C}_n^k(k=0,1,2,⋯ ,nk = 0, 1, 2, \cdots, n)叫做二项式系数。

拿 n=2n = 2 回代核一遍:

C20a2+C21ab+C22b2=a2+2ab+b2,\mathrm{C}_2^0 a^2 + \mathrm{C}_2^1 ab + \mathrm{C}_2^2 b^2 = a^2 + 2ab + b^2,

与初中那条公式一致。n=3n = 3 给 a3+3a2b+3ab2+b3a^3 + 3a^2b + 3ab^2 + b^3,也对得上。

二、通项:整节最常用的那一行

展开式里那个一般项 Cnkan−kbk\mathrm{C}_n^k a^{n-k}b^k 叫做二项展开式的通项,它是展开式的第 k+1k+1 项, 记作 Tk+1T_{k+1}:

Tk+1=Cnkan−kbk.T_{k+1} = \mathrm{C}_n^k a^{n-k} b^k .

高考里九成的二项式题不需要把整个展开式写出来,只需要这一行加一次解方程:题目问哪一项, 就把那一项的条件翻译成”kk 等于几”,代进通项算出来。

下标要盯住:Tk+1T_{k+1} 的下标比 kk 大 1。问”第 4 项”就是 k+1=4k+1 = 4、即 k=3k = 3, 而不是 k=4k = 4。这是本节最高频的一处错。

在定理里令 a=1a = 1、b=xb = x,得到常用的一个特例:

(1+x)n=Cn0+Cn1x+Cn2x2+⋯+Cnkxk+⋯+Cnnxn.(1+x)^n = \mathrm{C}_n^0 + \mathrm{C}_n^1 x + \mathrm{C}_n^2 x^2 + \cdots + \mathrm{C}_n^k x^k + \cdots + \mathrm{C}_n^n x^n .

它的用处是赋值:想求”各项系数之和”就令 x=1x = 1,想求”奇偶位置系数的差”就令 x=−1x = -1。 这条路在下一节会用得更多,但 2022 年浙江卷第 12 题的第二空就是它(见第五段)。

三、二项式系数 ≠ 那一项的系数

这是本节唯一一处概念上的坑,课本在例 2 后面特意点了一句,这里展开说。

对 (1+2x)7(1+2x)^7,第 4 项是

T3+1=C73×17−3×(2x)3=35×8x3=280x3.T_{3+1} = \mathrm{C}_7^3 \times 1^{7-3} \times (2x)^3 = 35 \times 8 x^3 = 280 x^3 .

于是:

  • 第 4 项的二项式系数是 C73=35\mathrm{C}_7^3 = 35——它只由 nn 与 kk 决定,与 aa、bb 是什么无关;
  • 第 4 项的系数是 280280——它是二项式系数乘上 aa、bb 里那些常数因子之后的结果。

判据:题目问”二项式系数”,答的一定是一个 Cnk\mathrm{C}_n^k;问”系数”,就要把 aa、bb 中的 数字、负号、根号一并算进去。两者只有在 aa、bb 都是纯字母(如 (a+b)n(a+b)^n、(1+x)n(1+x)^n)时才碰巧相等。

通项怎么用:两道例题的做法

例 1((x+1x)6\left(x+\frac{1}{x}\right)^6 的展开式) 的关键动作是先把 1x\frac{1}{x} 写成 x−1x^{-1}, 让两项都是 xx 的幂,指数才能直接相加:

Tk+1=C6kx6−k(x−1)k=C6kx6−2k,k=0,1,⋯ ,6.T_{k+1} = \mathrm{C}_6^k x^{6-k}\left(x^{-1}\right)^{k} = \mathrm{C}_6^k x^{6-2k}, \qquad k = 0, 1, \cdots, 6 .

kk 从 00 取到 66,指数 6−2k6 - 2k 依次是 6,4,2,0,−2,−4,−66, 4, 2, 0, -2, -4, -6,系数依次是 1,6,15,20,15,6,11, 6, 15, 20, 15, 6, 1,于是

(x+1x)6=x6+6x4+15x2+20+15x−2+6x−4+x−6.\left(x+\frac{1}{x}\right)^{6} = x^{6} + 6x^{4} + 15x^{2} + 20 + 15x^{-2} + 6x^{-4} + x^{-6} .

例 2(2)求 (2x−1x)6\left(2\sqrt{x}-\frac{1}{\sqrt{x}}\right)^{6} 展开式中 x2x^2 的系数 是同一个套路 再加一步”解出 kk“:把 x=x12\sqrt{x} = x^{\frac{1}{2}}、1x=x−12\frac{1}{\sqrt{x}} = x^{-\frac{1}{2}} 代入,

Tk+1=C6k(2x12)6−k(−x−12)k=C6k 26−k(−1)kx6−k2−k2=C6k 26−k(−1)kx3−k.T_{k+1} = \mathrm{C}_6^k \left(2x^{\frac12}\right)^{6-k}\left(-x^{-\frac12}\right)^{k} = \mathrm{C}_6^k \, 2^{6-k}(-1)^k x^{\frac{6-k}{2}-\frac{k}{2}} = \mathrm{C}_6^k \, 2^{6-k}(-1)^k x^{3-k} .

要 x2x^2 就令 3−k=23 - k = 2,得 k=1k = 1(在 0⩽k⩽60 \leqslant k \leqslant 6 内,合法),代回得系数

C61⋅25⋅(−1)1=6×32×(−1)=−192.\mathrm{C}_6^1 \cdot 2^{5} \cdot (-1)^1 = 6 \times 32 \times (-1) = -192 .

负号别丢:b=−1xb = -\frac{1}{\sqrt{x}} 里的负号要整个带进 bkb^k,写成 (−1)k(-1)^k。 把 bb 记成 1x\frac{1}{\sqrt{x}}、最后再”补一个负号”,kk 是偶数时就补错了。

四、写通项的三步法(照这个顺序做,基本不会错)

  1. 把两项都化成同一个字母的幂(根号写成分数指数、分式写成负指数、常数留在系数里)。
  2. 写出通项 Tk+1=Cnkan−kbkT_{k+1} = \mathrm{C}_n^k a^{n-k} b^k,并把指数合并成一个关于 kk 的一次式。
  3. 由题目条件解出 kk,先验 kk 是不是 00 到 nn 之间的整数,再代回求值。

第 3 步里的”先验”不是形式:解出 k=72k = \frac{7}{2} 或 k=−1k = -1 时,结论是展开式里没有这一项、所求系数为 00,而不是硬算下去。

番外:两个括号里是不同的字母时,先看能不能让它们相等。 像 (1+x)6(1+y)4(1+x)^{6}(1+y)^{4} 这样两个括号各带一个字母,xx 只能从前一个括号来、yy 只能从后一个来, 两个括号各选各的、互不牵扯,所以 xmynx^{m}y^{n} 的系数是

f(m,n)=C6m⋅C4nf(m,n) = \mathrm{C}_6^m \cdot \mathrm{C}_4^n

——是乘积,不是和。这时通项的三步法不必登场,因为往往没人问某一项,而是问一整层的和。 若题目要的正是某个固定的 m+n=km+n=k 之下全部 f(m,n)f(m,n) 的和,就把 yy 也换成 xx: 每一项从 f(m,n)xmynf(m,n)x^{m}y^{n} 变成 f(m,n)x m+nf(m,n)x^{\,m+n},那一整层自动并到同一次幂底下,于是

∑m+n=kf(m,n)=[(1+x)6(1+x)4] 里 xk 的系数=C10 k.\sum_{m+n=k}f(m,n) =\bigl[(1+x)^{6}(1+x)^{4}\bigr]\ \text{里}\ x^{k}\ \text{的系数} =\mathrm{C}_{10}^{\,k} .

这一步的前提是那一层必须凑齐。 题目给的项少一个,合并出来的系数就多算了那一项; 混进一个 m+nm+n 不等于 kk 的项,它会落到别的次幂里去、根本合不进来。 所以动手合并之前先数一遍:mm 从最小到最大是不是一个不落。2014 年浙江卷第 5 题考的就是这个形态 (见第六段)。

五、易错清单

按失分频率排:

  1. 第 rr 项与 kk 差 1。 通项是 Tk+1T_{k+1};求第 4 项要令 k=3k = 3。
  2. 把二项式系数当成项的系数。 见第三段的判据。
  3. 负号、系数没整体代入。 (a−b)n(a - b)^n 要看成 (a+(−b))n\bigl(a + (-b)\bigr)^n; (2x)3(2x)^3 是 8x38x^3 不是 2x32x^3。
  4. aa 与 bb 的位置对调。 Tk+1=Cnkan−kbkT_{k+1} = \mathrm{C}_n^k a^{n-k}b^k 里,指数 kk 跟着后一项 bb 走。写成 Cnkakbn−k\mathrm{C}_n^k a^k b^{n-k} 在 aa、bb 不对称时就全错了。
  5. 忘了验 kk 的范围。 解出的 kk 必须是 0⩽k⩽n0 \leqslant k \leqslant n 的整数。
  6. 多项式相乘时只展开了一半。 像 (x+2)(x−1)4(x+2)(x-1)^4 这种,要把前面那个因式的每一项都与后面展开式 配一次,漏一次就少一部分(下一段那道真题正是栽在这里)。
  7. 两个字母的括号相乘时,把 f(m,n)f(m,n) 写成了和。 (1+x)6(1+y)4(1+x)^{6}(1+y)^{4} 里 xmynx^{m}y^{n} 的系数是 C6m⋅C4n\mathrm{C}_6^m \cdot \mathrm{C}_4^n——两个括号各选各的,要相乘。 写成 C6m+C4n\mathrm{C}_6^m + \mathrm{C}_4^n 是把「分步」当成了「分类」。

六、这一节考过的真题(怎么用它)

页面下方”考过本节的真题”那一段是构建期派生出来的完整清单。这里挑两道讲:一道把本节的两件事 一次考完,一道专门考”通项里有两个指数”。

2019 年浙江卷第 13 题:(2+x)9(\sqrt{2}+x)^{9} 的展开式中,常数项是____;系数为有理数的项的 个数是____。

这道题只用第二段那一行通项,但它把通项里的两个指数分开考:

Tr+1=C9r(2) 9−r⏟管系数有不有理  x r⏟管是不是常数项T_{r+1} = \mathrm{C}_9^r \underbrace{(\sqrt{2})^{\,9-r}}_{\text{管系数有不有理}}\; \underbrace{x^{\,r}}_{\text{管是不是常数项}}
  • 第一空盯 xx 的次数:令 r=0r = 0,得 T1=(2)9=242=162T_1 = (\sqrt{2})^{9} = 2^{4}\sqrt{2} = 16\sqrt{2}。
  • 第二空盯根号的次数:系数 C9r(2)9−r\mathrm{C}_9^r(\sqrt{2})^{9-r} 里 C9r\mathrm{C}_9^r 恒为正整数, 所以有不有理全看 9−r9-r 的奇偶——偶则 (2)9−r(\sqrt{2})^{9-r} 是整数,奇则留着一个 2\sqrt{2}。 9−r9-r 为偶即 rr 为奇,r=1,3,5,7,9r = 1,3,5,7,9,共 5 项。

值得单独记住的是两个答案互相”打脸”:常数项的系数 16216\sqrt{2} 偏偏是无理数,它不在第二空 那 5 项里。第三段说”二项式系数 ≠ 那一项的系数”,这道题再加一句: 是常数项与系数有理也是两回事,各由一个指数决定,别用同一个判据答两个空。

另外提醒一句:不要把”rr 取奇数”当结论背下来。这里 n=9n = 9 是奇数才轮到 rr 取奇数; nn 为偶数时(如 (2+x)8(\sqrt{2}+x)^{8}),有理项落在 rr 为偶数处。每题都从 n−rn-r 的奇偶重推一遍。

2022 年浙江卷第 12 题:已知 (x+2)(x−1)4=a0+a1x+a2x2+a3x3+a4x4+a5x5(x+2)(x-1)^4 = a_0 + a_1x + a_2x^2 + a_3x^3 + a_4x^4 + a_5x^5, 求 a2a_2 与 a1+a2+a3+a4+a5a_1+a_2+a_3+a_4+a_5。

  • 第一空考的是通项 + 配项。x2x^2 项有两个来源:xx 乘 (x−1)4(x-1)^4 里的 x1x^1 项, 以及 22 乘 (x−1)4(x-1)^4 里的 x2x^2 项。少配一个就错。这正是易错清单第 6 条。
  • 第二空考的是赋值。令 x=0x = 0 得 a0=2a_0 = 2;令 x=1x = 1 得左边为 00,即 a0+a1+⋯+a5=0a_0+a_1+\cdots+a_5 = 0,两式相减得 a1+a2+a3+a4+a5=−2a_1+a_2+a_3+a_4+a_5 = -2。整道题不需要把展开式写出来。

读的顺序建议是:先照第四段的三步法把 (x−1)4(x-1)^4 的通项写熟,再做这道题的第一空; 第二空单独练”赋值”这一招——它在下一节 §6.3.2 会被反复用到。

2014 年浙江卷第 5 题:在 (1+x)6(1+y)4(1+x)^{6}(1+y)^{4} 的展开式中,记 xmynx^{m}y^{n} 项的系数为 f(m,n)f(m,n), 求 f(3,0)+f(2,1)+f(1,2)+f(0,3)f(3,0)+f(2,1)+f(1,2)+f(0,3)。

这道题是第四段那个「番外」的原样考法,两步就完:

  1. 认出 f(m,n)=C6mC4nf(m,n)=\mathrm{C}_6^m\mathrm{C}_4^n(乘积);
  2. 数一眼那四项是不是凑齐了 m+n=3m+n=3 的一整层——mm 取 0,1,2,30,1,2,3,一个不落, 于是令 x=yx=y 合并成 (1+x)10(1+x)^{10},取 x3x^{3} 的系数 C103=120\mathrm{C}_{10}^{3}=120。

四个选项把两种错法都摆了出来:45=C10245=\mathrm{C}_{10}^{2} 与 210=C104210=\mathrm{C}_{10}^{4} 一左一右夹着正解(上标数错一位,多半是把「取 33 个」念成了「第 33 项」,正是易错清单第 1 条), 6060 则是 f(2,1)f(2,1) 一项——只算了四项里最大的那个就交卷。 算完 C103\mathrm{C}_{10}^{3} 之后回头念一遍「我要 xx 的三次方,所以取 33 个」,比重算一遍值钱。

顺带一提:标准答案把它写成 C107=120\mathrm{C}_{10}^{7}=120,那是用了 §6.2.4 的对称性 Cnm=Cn n−m\mathrm{C}_n^m=\mathrm{C}_n^{\,n-m},与 C103\mathrm{C}_{10}^{3} 是同一个数; 看见上标是 77 不必怀疑印错,但自己写的时候只用一种记法。

本节的练习题在哪:6.3.1 后面那五道”练习”(写出 (p+q)5(p+q)^5 的展开式、求 (2a+3b)6(2a+3b)^6 的第 3 项、 写出 (x3−12x3)n\left(\sqrt[3]{x}-\frac{1}{2\sqrt[3]{x}}\right)^n 的第 r+1r+1 项、(x−1)10(x-1)^{10} 第 6 项的系数、 (x−1)(x−2)⋯(x−5)(x-1)(x-2)\cdots(x-5) 里 x4x^4 的系数)印在第 36 页,而第 36 页归下一节 §6.3.2 那一份, 所以它们的详解在 §6.3.2 的那份「习题详解」 里,不在本节。那五道正是第四段三步法的最短练习, 建议读完本节就去做。

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机器转写,如有出入以上方扫描图为准。它是原文可搜索、可复制公式、读屏器读得出的形态, 也是教材原文引文的逐字比对靶。

6.3 二项式定理

上一节学习了排列数公式和组合数公式,本节我们用它们解决一个在数学上有着广泛应用的 (a+b)n(a+b)^{n} 展开的问题.

6.3.1 二项式定理

探究

我们知道,

(a+b)2=a2+2ab+b2,(a + b) ^ {2} = a ^ {2} + 2 a b + b ^ {2},

(a+b)3=a3+3a2b+3ab2+b3.(a + b) ^ {3} = a ^ {3} + 3 a ^ {2} b + 3 a b ^ {2} + b ^ {3}.

(1)观察以上展开式,分析其运算过程,你能发现什么规律?

(2) 根据你发现的规律,你能写出 (a+b)4(a+b)^{4} 的展开式吗?

(3) 进一步地,你能写出 (a+b)n(a+b)^{n} 的展开式吗?

我们先来分析 (a+b)2(a+b)^{2} 的展开过程. 根据多项式乘法法则,

(a+b)2=(a+b)(a+b)=a(a+b)+b(a+b)=a×a+a×b+b×a+b×b=a2+2ab+b2.\begin{array}{r l} (a + b) ^ {2} & = (a + b) (a + b) \\ & = a (a + b) + b (a + b) \\ & = a \times a + a \times b + b \times a + b \times b \\ & = a ^ {2} + 2 a b + b ^ {2}. \end{array}

可以看到,(a+b)2(a + b)^2 是 2 个 (a+b)(a + b) 相乘,只要从一个 (a+b)(a + b) 中选一项(aa 或 bb),再从另一个 (a+b)(a + b) 中选一项(aa 或 bb),相乘就得到展开式的一项。于是,由分步乘法计数原理,在合并同类项之前,(a+b)2(a + b)^2 的展开式共有 C21×C21=22\mathrm{C}_2^1 \times \mathrm{C}_2^1 = 2^2 项,而且每一项都是 a2−kbka^{2 - k}b^k(k=0,1,2k = 0, 1, 2)的形式。

下面我们再来分析一下形如 a2−kbka^{2 - k}b^k 的同类项的个数.

当 k=0k = 0 时,a2−kbk=a2a^{2 - k}b^{k} = a^{2},这是由2个 (a+b)(a + b) 中都不选 bb 得到的。因此,a2a^{2} 出现的次数相当于从2个 (a+b)(a + b) 中取0个 bb(都取 aa)的组合数 C20\mathrm{C}_2^0,即 a2a^{2} 只有1个。

当 k=1k = 1 时,a2−kbk=aba^{2 - k}b^k = ab,这是由1个 (a+b)(a + b) 中选 aa,另1个 (a+b)(a + b) 中选 bb 得到的。由于 bb 选定后,aa 的选法也随之确定,因此,abab 出现的次数相当于从2个 (a+b)(a + b) 中取1个 bb 的组合数 C21\mathrm{C}_2^1,即 abab 共有2个。

当 k=2k = 2 时,a2−kbk=b2a^{2 - k}b^{k} = b^{2},这是由2个 (a+b)(a + b) 中都选 bb 得到的。因此,b2b^{2} 出现的次数相当于从2个 (a+b)(a + b) 中取2个 bb 的组合数 C22\mathrm{C}_2^2,即 b2b^{2} 只有1个。

由上述分析可以得到

(a+b)2=C20a2+C21ab+C22b2.(a + b) ^ {2} = \mathrm{C} _ {2} ^ {0} a ^ {2} + \mathrm{C} _ {2} ^ {1} a b + \mathrm{C} _ {2} ^ {2} b ^ {2}.

思考

仿照上述过程,你能利用计数原理,写出 (a+b)3(a+b)^{3} , (a+b)4(a+b)^{4} 的展开式吗?

从上述对具体问题的分析得到启发,对于任意正整数 nn ,我们有如下猜想:

(a+b)n=Cn0an+Cn1an−1b1+⋯+Cnkan−kbk+⋯+Cnnbn,n∈N∗.(1)(a + b) ^ {n} = \mathrm{C} _ {n} ^ {0} a ^ {n} + \mathrm{C} _ {n} ^ {1} a ^ {n - 1} b ^ {1} + \dots + \mathrm{C} _ {n} ^ {k} a ^ {n - k} b ^ {k} + \dots + \mathrm{C} _ {n} ^ {n} b ^ {n}, n \in \mathbf {N} ^ {*}.\tag{1}

下面我们对上述猜想的正确性予以说明.

由于 (a+b)n(a+b)^{n} 是 n 个 (a+b)(a+b) 相乘,每个 (a+b)(a+b) 在相乘时有两种选择,选 a 或 b,而且每个 (a+b)(a+b) 中的 a 或 b 都选定后,将它们相乘才能得到展开式的一项。因此,由分步乘法计数原理可知,在合并同类项之前, (a+b)n(a+b)^{n} 的展开式共有 2n2^{n} 项,其中每一项都是 an−kbk(k=0,1,⋯ ,n)a^{n-k}b^{k}(k=0,1,\cdots,n) 的形式。

对于每个 kk (k=0,1,2,…,nk = 0, 1, 2, \dots, n),对应的项 an−kbka^{n - k}b^k 是由(n−kn - k)个(a+ba + b)中选 aa,另外 kk 个(a+ba + b)中选 bb 得到的。由于 bb 选定后,aa 的选法也随之确定,因此,an−kbka^{n - k}b^k 出现的次数相当于从 nn 个(a+ba + b)中取 kk 个 bb 的组合数 Cnk\mathrm{C}_n^k。这样,(a+b)n(a + b)^n 的展开式中,an−kbka^{n - k}b^k 共有 Cnk\mathrm{C}_n^k 个,将它们合并同类项,就可以得到上述二项展开式。

公式(1)叫做二项式定理(binomial theorem),右边的多项式叫做 (a+b)n(a+b)^{n} 的二项展开式,其中各项的系数 Cnk(k=0,1,2,⋯ ,n)C_{n}^{k}(k=0,1,2,\cdots,n) 叫做二项式系数。式中的 Cnkan−kbkC_{n}^{k}a^{n-k}b^{k} 叫做二项展开式的通项,用 Tk+1T_{k+1} 表示,即通项为展开式的第 k+1k+1 项:

Tk+1=Cnkan−kbk.T _ {k + 1} = \mathrm{C} _ {n} ^ {k} a ^ {n - k} b ^ {k}.

在二项式定理中,若设 a=1, b=x,则得到公式:

(1+x)n=Cn0+Cn1x+Cn2x2+⋯+Cnkxk+⋯+Cnnxn.(1 + x) ^ {n} = \mathrm{C} _ {n} ^ {0} + \mathrm{C} _ {n} ^ {1} x + \mathrm{C} _ {n} ^ {2} x ^ {2} + \dots + \mathrm{C} _ {n} ^ {k} x ^ {k} + \dots + \mathrm{C} _ {n} ^ {n} x ^ {n}.

例 1 求 (x+1x)6\left(x+\frac{1}{x}\right)^{6} 的展开式.

解:根据二项式定理,

(x+1x)6=(x+x−1)6=C60x6+C61x5x−1+C62x4x−2+C63x3x−3+C64x2x−4+C65x1x−5+C66x−6=x6+6x4+15x2+20+15x−2+6x−4+x−6.\begin{array}{r l} \left(x + \frac {1}{x}\right) ^ {6} & = (x + x ^ {- 1}) ^ {6} \\ & = \mathrm{C} _ {6} ^ {0} x ^ {6} + \mathrm{C} _ {6} ^ {1} x ^ {5} x ^ {- 1} + \mathrm{C} _ {6} ^ {2} x ^ {4} x ^ {- 2} + \mathrm{C} _ {6} ^ {3} x ^ {3} x ^ {- 3} + \mathrm{C} _ {6} ^ {4} x ^ {2} x ^ {- 4} + \mathrm{C} _ {6} ^ {5} x ^ {1} x ^ {- 5} + \mathrm{C} _ {6} ^ {6} x ^ {- 6} \\ & = x ^ {6} + 6 x ^ {4} + 1 5 x ^ {2} + 2 0 + 1 5 x ^ {- 2} + 6 x ^ {- 4} + x ^ {- 6}. \end{array}

例 2 (1)求 (1+2x)7(1+2x)^{7} 的展开式的第 4 项的系数;

(2) 求 (2x−1x)6\left(2\sqrt{x}-\frac{1}{\sqrt{x}}\right)^{6} 的展开式中 x2x^{2} 的系数.

解:(1) (1+2x)7(1 + 2x)^{7} 的展开式的第4项是

T3+1=C73×17−3×(2x)3T _ {3 + 1} = \mathrm{C} _ {7} ^ {3} \times 1 ^ {7 - 3} \times (2 x) ^ {3}

(1+2x)7(1 + 2x)^{7} 的展开式的第4项的二项式系数是C73=35\mathrm{C}_7^3 = 35 .一个二项展开式的某一项的二项式系数与这一项的系数是两个不同的概念.