浙江 2018 · 数学 q14

题解图(原卷截图 · 含答案与官方解析)

浙江 2018 · 数学 q14 原卷截图(含答案)

文字转写(题面 + 答案)

题面

  1. 二项式 (x3+12x)8(\sqrt[3]{x} + \frac{1}{2x})^8 的展开式的常数项是 ____.

答案

7

本题的知识树

2 公式 · 1 题型 · 1 套路 · 最深 2 层。长链是构建期派生的,源文件里只有最小一步。

攻略(零基础 → 会做)

二项展开式的常数项 · 通项指数归零,或先换成 t=x1/3t=x^{1/3} · 最终答案:7

这道题在问什么

(x3+12x)8\left(\sqrt[3]{x}+\frac{1}{2x}\right)^{8}

的展开式里,不含 xx 的那一项是多少——也就是 x0x^0 的系数,常数项。

88 次展开一共 99 项,把每一项都写出来再找常数,又慢又容易漏。要的只有一项,动作是:写出通项,令那个 xx 的指数等于 00,解出项号,再把这一项算完。

解法一:通项令 xx 的指数为 00

怎么想到的。 二项式定理给了通项

Tr+1=Cnra n−rbr,r=0,1,…,n.T_{r+1}=\mathrm{C}_{n}^{r}a^{\,n-r}b^{r},\qquad r=0,1,\dots,n.

这里 n=8n=8,a=x3=x1/3a=\sqrt[3]{x}=x^{1/3},b=12x=12x−1b=\dfrac{1}{2x}=\dfrac12 x^{-1}。两块都先原样搬进来,不要提前拆。

① 写出通项,把 xx 的指数收在一起。

Tr+1=C8r(x1/3)8−r(12x−1)r=C8r⋅x(8−r)/3⋅(12)rx−r=C8r(12)rx8−r3−r.T_{r+1} =\mathrm{C}_{8}^{r}\bigl(x^{1/3}\bigr)^{8-r}\left(\frac12 x^{-1}\right)^{r} =\mathrm{C}_{8}^{r}\cdot x^{(8-r)/3}\cdot\left(\frac12\right)^{r}x^{-r} =\mathrm{C}_{8}^{r}\left(\frac12\right)^{r}x^{\frac{8-r}{3}-r}.

指数再通分:

8−r3−r=8−r−3r3=8−4r3.\frac{8-r}{3}-r=\frac{8-r-3r}{3}=\frac{8-4r}{3}.

所以

Tr+1=C8r(12)rx8−4r3.T_{r+1}=\mathrm{C}_{8}^{r}\left(\frac12\right)^{r}x^{\frac{8-4r}{3}}.

② 令指数为 00,解 rr。 常数项就是 x0x^0 那一项:

8−4r3=0  ⟹  8−4r=0  ⟹  r=2.\frac{8-4r}{3}=0\implies 8-4r=0\implies r=2.

r=2r=2 落在 0,1,…,80,1,\dots,8 里面,这一项真的存在,而且只有这一项。

③ 回代算这一项。

T3=C82(12)2=8×72×1⋅14=28⋅14=7.T_{3}=\mathrm{C}_{8}^{2}\left(\frac12\right)^{2}=\frac{8\times7}{2\times1}\cdot\frac14=28\cdot\frac14=7.

常数项是 77。

自检两处。

  • 指数:把 r=2r=2 代回 8−4r3=8−83=0\dfrac{8-4r}{3}=\dfrac{8-8}{3}=0,确实是 x0x^0。
  • 系数:C82=28\mathrm{C}_{8}^{2}=28 是二项式系数;题目要的是这一项的系数,还要乘上 (12)2\bigl(\tfrac12\bigr)^{2}。停在 2828 就是把两种「系数」混了。28/4=728/4=7,是整数,填空题里也合理。

解法二:先换成 t=x1/3t=x^{1/3} 再令 tt 的指数为 00

怎么想到的。 括号里一块是立方根、一块是 1/x1/x,指数 13\tfrac13 和 −1-1 不像,通项里通分容易写错。令 t=x1/3t=x^{1/3}(于是 x=t3x=t^{3}、x−1=t−3x^{-1}=t^{-3}),两块都变成 tt 的整数次幂,指数变成小学减法。

① 换元。

x3+12x=t+12t3=t+12t−3.\sqrt[3]{x}+\frac{1}{2x}=t+\frac{1}{2t^{3}}=t+\frac12 t^{-3}.

展开式变成

(t+12t−3)8.\left(t+\frac12 t^{-3}\right)^{8}.

② 通项,令 tt 的指数为 00。

Tr+1=C8r t8−r(12t−3)r=C8r(12)rt8−r−3r=C8r(12)rt8−4r.T_{r+1}=\mathrm{C}_{8}^{r}\,t^{8-r}\left(\frac12 t^{-3}\right)^{r} =\mathrm{C}_{8}^{r}\left(\frac12\right)^{r}t^{8-r-3r} =\mathrm{C}_{8}^{r}\left(\frac12\right)^{r}t^{8-4r}.

t8−4r=t0t^{8-4r}=t^{0} 当且仅当 8−4r=08-4r=0,仍是 r=2r=2。因为 t=x1/3t=x^{1/3}, tt 的 00 次就是 xx 的 00 次,要的还是常数项。

③ 回代。 与解法一同一项:

T3=C82⋅14=7.T_{3}=\mathrm{C}_{8}^{2}\cdot\frac14=7.

这两条路差在哪。 解法一直接在 xx 的分数指数上通分,少写一个字母,但 8−r3−r\tfrac{8-r}{3}-r 这一步最容易漏掉 1/x1/x 贡献的 −r-r。解法二先把指数换成整数,代价是多一个字母 tt,换来的是 8−r−3r8-r-3r 这种不会通分的减法。指数一乱就换元,指数本来就干净就直算。

记一句话版本:要哪一次幂,就令通项里那个字母的指数等于它,解出 rr,只算这一项。

本题两处常见的即时错法(写在正文、不进图谱):

  • 指数写成 8−r3\dfrac{8-r}{3} 就停,忘了 (12x)r\bigl(\tfrac{1}{2x}\bigr)^{r} 还贡献 −r-r,于是解出 r=8r=8,再往下算就整项错了。
  • 算出 C82=28\mathrm{C}_{8}^{2}=28 就填 2828——那是二项式系数,还没乘 (12)2\bigl(\tfrac12\bigr)^{2}。

故答案为 77。

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