Hướng dẫn giải chi tiết các dạng bài tập nhị thức Newton

Nhị thức Newton là một trong những chủ đề quan trọng và cơ bản trong chương trình Toán lớp 11. Nó đóng vai trò thiết yếu trong việc giải toán tổ hợp, xác suất thống kê và nhiều lĩnh vực khác. Bài viết này sẽ trình bày chi tiết về định lý nhị thức Newton, bao gồm công thức, hệ quả, ứng dụng và các dạng bài tập thường gặp.

Định lý khai triển nhị thức Newton

Trong chương trình toán giải tích lớp 11 đã học, khai triển nhị thức niu tơn (ngắn gọn là định lý nhị thức) là một định lý toán học về việc khai triển hàm mũ của tổng. Định lý khai triển một nhị thức bậc n thành một đa thức có n + 1 số hạng:

Là số tổ hợp chập k của n phần tử (0 ≤ k ≤ n). Ta có định lý, số các tổ hợp chập k của n phần tử đã cho như sau:

Định lý nhị thức Newton

Với a, b là những số thực tùy ý và với mọi số tự nhiên n ≥ 1, ta có:

\((a + b)^n = C_n^0a^n + C_n^1a^{n – 1}b + C_n^2a^{n – 2}b^2 + … + C_n^{n – 1}ab^{n – 1} + C_n^nb^n\)

Cách hiểu:

  • Khi khai triển nhị thức \((a + b)^n\), ta thu được n + 1 hạng tử.
  • Mỗi hạng tử có dạng \(a^kb^n-k\), với k = 0, 1, 2, …, n.
  • Hệ số của hạng tử \(a^kb^n-k là C_n^k\)

Ví dụ:

  • \((a + b)^2 = a^2 + 2ab + b^2\)
  • \((a – b)^3 = a^3 – 3a^2b + 3ab^2 – b^3\)

Hệ quả:

  • Với a = b = 1, ta có: \(2^n = C_n^0 + C_n^1 + … + C_n^n\)
  • Với a = 1; b = –1, ta có: \(0 = C_n^0 – C_n^1 + … + (–1)^kC_n^k + … + (–1)^nCn^n\)

Các dạng toán nhị thức Newton

Tìm số hạng tổng quát trong khai triển nhị thức Newton

Cho hai số thực a và b, số tự nhiên n ≥ 1. Số hạng tổng quát trong khai triển (a + b)^n là:

\(C_n^k * a^(n – k) * b^k\)

Với k = 0, 1, 2, …, n.

Ví dụ:

Tìm số hạng thứ 4 trong khai triển \((a + b)^5\)

Giải:

Số hạng thứ 4 trong khai triển \((a + b)^5\) ứng với k = 3.

Vậy số hạng thứ 4 là: \(C_5^3 * a^(5 – 3) * b^3 = 10 * a^2 * b^3\)

Tìm hệ số của một số hạng trong khai triển nhị thức Newton

Cho hai số thực a và b, số tự nhiên n ≥ 1 và số tự nhiên k ≤ n. Hệ số của số hạng \(a^(n – k) * b^k\) trong khai triển \((a + b)^n\) là:

\(C_n^k\)

Ví dụ:

Tìm hệ số của số hạng \(a^3 * b^2\) trong khai triển \((a + b)^5\)

Giải:

Hệ số của số hạng \(a^3 * b^2\) trong khai triển \((a + b)^5\) là:

\(C_5^2 = 10\)

Khai triển nhị thức Newton

Cho hai số thực a và b, số tự nhiên n ≥ 1. Khai triển nhị thức Newton \((a + b)^n\) là:

\[C_n^0 \cdot a^n + C_n^1 \cdot a^{n – 1} \cdot b + C_n^2 \cdot a^{n – 2} \cdot b^2 + \cdots + C_n^{n – 1} \cdot a \cdot b^{n – 1} + C_n^n \cdot b^n\]

Ví dụ:

Khai triển \((a + b)^3\).

Giải:

\((a + b)^3 = C_3^0 * a^3 + C_3^1 * a^2 * b + C_3^2 * a * b^2 + C_3^3 * b^3\)

= \(1 * a^3 + 3 * a^2 * b + 3 * a * b^2 + 1 * b^3\)

= \(a^3 + 3a^2b + 3ab^2 + b^3\)

Tính giá trị biểu thức

Sử dụng nhị thức Newton để tính giá trị biểu thức.

Ví dụ:

Tính giá trị biểu thức \((1 + 2)^5\)

Giải:

\((1 + 2)^5 = C_5^0 * 1^5 + C_5^1 * 1^4 * 2 + C_5^2 * 1^3 * 2^2 + C_5^3 * 1^2 * 2^3 + C_5^4 * 1 * 2^4 + C_5^5 * 2^5\)

= 1 + 5 * 2 + 10 * 4 + 10 * 8 + 5 * 16 + 1 * 32

= 1 + 10 + 40 + 80 + 80 + 32

= 243.

Chứng minh đẳng thức

Sử dụng nhị thức Newton để chứng minh đẳng thức.

Ví dụ:

Chứng minh đẳng thức: \((1 + x)^n – (1 – x)^n = 2x(C_n^1 + C_n^3 + … + C_n^{n – 1})\).

Giải:

\((1 + x)^n – (1 – x)^n = C_n^0 * 1^n + C_n^1 * 1^(n – 1) * x + C_n^2 * 1^(n – 2) * x^2 + … + C_n^{n – 1} * 1 * x^(n – 1) + C_n^n * x^n\)

  • \((C_n^0 * (-1)^n + C_n^1 * (-1)^(n – 1) * x + C_n^2 * (-1)^(n – 2) * x^2\)

Bài tập có lời giải chi tiết bài nhị thức Newton lớp 11

Bài 1:

Cho a = 2, b = 3 và n = 4. Tính \((a + b)^n\)

Lời giải:

Sử dụng công thức nhị thức Newton, ta có:

\((a + b)^n = C_n^0a^n + C_n^1a^{n – 1}b + C_n^2a^{n – 2}b^2 + … + C_n^{n – 1}ab^{n – 1} + C_n^nb^n\)

\((2 + 3)^4 = C_4^0 * 2^4 + C_4^1 * 2^3 * 3 + C_4^2 * 2^2 * 3^2 + C_4^3 * 2 * 3^3 + C_4^4 * 3^4\)

= 1 * 16 + 4 * 24 + 6 * 36 + 4 * 81 + 1 * 81

= 16 + 96 + 216 + 324 + 81

= 733

Bài 2:

Tìm hệ số của số hạng a^3 * b^2 trong khai triển (a + b)^5.

Lời giải:

Hệ số của số hạng \(a^3 * b^2\) trong khai triển \((a + b)^5\) là:

\(C_5^2 = 5! / (2! * 3!) = 10\)

Bài 3:

Khai triển \((a + b)^3\)

Lời giải:

Sử dụng công thức nhị thức Newton, ta có:

\((a + b)^3 = C_3^0a^3 + C_3^1a^2b + C_3^2ab^2 + C_3^3b^3\)

= \(1 * a^3 + 3 * a^2b + 3 * ab^2 + 1 * b^3\)

= \(a^3 + 3a^2b + 3ab^2 + b^3\)

Bài 4:

Tính giá trị biểu thức \((1 + 2)^5\)

Lời giải:

\((1 + 2)^5 = C_5^0 * 1^5 + C_5^1 * 1^4 * 2 + C_5^2 * 1^3 * 2^2 + C_5^3 * 1^2 * 2^3 + C_5^4 * 1 * 2^4 + C_5^5 * 2^5\)

= \(1 + 5 * 2 + 10 * 4 + 10 * 8 + 5 * 16 + 1 * 32\)

= 1 + 10 + 40 + 80 + 80 + 32

= 243

Bài 5:

Chứng minh đẳng thức: \((1 + x)^n – (1 – x)^n = 2x(C_n^1 + C_n^3 + … + C_n^{n – 1})\).

Lời giải:

\((1 + x)^n – (1 – x)^n = C_n^0 * 1^n + C_n^1 * 1^(n – 1) * x + C_n^2 * 1^(n – 2) * x^2 + … + C_n^{n – 1} * 1 * x^(n – 1) + C_n^n * x^n\)

  • \((C_n^0 * (-1)^n + C_n^1 * (-1)^(n – 1) * x + C_n^2 * (-1)^(n – 2) * x^2 + … + C_n^{n – 1} * (-1) * x^(n – 1) + C_n^n * (-1)^n * x^n)\)

= \(2(C_n^1 * x + C_n^3 * x^3 + … + C_n^{n – 1} * x^(n – 1))\)

= \(2x(C_n^1 + C_n^3 + … + C_n^{n – 1})\)

Nhị thức Newton là một công cụ mạnh mẽ có thể được sử dụng để giải quyết nhiều dạng toán phức tạp. Việc nắm vững kiến thức về nhị thức Newton sẽ giúp bạn tự tin hơn trong việc giải các bài toán tổ hợp, xác suất thống kê và nhiều lĩnh vực khác.