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高级数学 · 主题

二项式展开

一个括号带着高次幂,看起来没什么,直到你要展开它,还不能漏掉任何一个符号或系数。

本页内容
  1. 开始之前需要掌握什么?
  2. 一道引导例题
  3. 各课应按什么顺序学习?
  4. 最常见的陷阱有哪些?
  5. 练习题组该怎么用?

二项式展开(binomial expansion)是把 (2x + 3)⁴ 这样的两项括号乘开,而不必把括号写四遍的技能。冗长的乘法变成了一个规律:二项式系数、第一项递减的幂,以及第二项递增的幂。

这个课题属于附加数学的代数部分。请在 Cambridge 官网查看最新的 0606 课程大纲,确认你所考年份的具体要求,包括预期使用的展开形式。

开始之前需要掌握什么?

你需要三样东西。

括号与指数法则,这样 (2x)³ 才会是 8x³ 而不是 2x³。负数运算,这样 (−3)² 是 9,(−3)³ 是 −27。还有系数(coefficient)的概念,也就是 x 的某个幂前面的数。

如果其中任何一样不稳,先补上。这个课题里几乎每一个失分都出自这三样,而不是二项式本身的想法。

一道引导例题

展开 (x + 2)³。

幂为 3 的系数是 1, 3, 3, 1。x 的幂从 3 递减到 0,2 的幂从 0 递增到 3。

(x + 2)³ = 1·x³ + 3·x²·2 + 3·x·2² + 1·2³ = x³ + 6x² + 12x + 8。

用 x = 1 检验:左边是 3³ = 27,右边是 1 + 6 + 12 + 8 = 27。之后每一课都建立在同一个规律和同一个检验习惯上。

各课应按什么顺序学习?

  1. 系统地展开正整数次幂:系数、递减和递增的幂,以及让每一项各就各位的排版。
  2. 不必写出所有项,直接求指定的项:通项公式(general term),这样问 9 次幂中的 x⁵ 就不必写十行。
  3. 比较系数以确定常数:如何从一个系数列出方程,求出未知数 k。
  4. 追踪正负交替展开中的符号:为什么 (2x − 3)ⁿ 的符号交替,以及如何不让符号错误蔓延到整个答案。
  5. 用简单代入法检验展开式:用 x = 1、x = −1 和 x = 0,在交卷前发现错误。

然后做二项式展开练习题组,它把这五项技能混在一起。

最常见的陷阱有哪些?

  • 忘了把系数一起取幂。 (2x)³ 是 8x³。写成 2x³ 是整个课题中最常见的失误。
  • 项的位置弄错。 x⁴ 的那一项不一定是第四项。要从幂出发,不要从项数出发。
  • 丢了负号。 在 (x − 3)ⁿ 中第二项是 −3,所以奇数次幂为负,偶数次幂为正。
  • 用错系数行。 幂为 n 的行有 n + 1 个数,它们的和是 2ⁿ。
  • 省略检验。 三十秒的代入能发现以上大部分错误。

练习题组该怎么用?

先在纸上做完每一题,再打开答案。一开始把系数、每个部分的幂和符号分行写出,准确之后再压缩排版。

做错时,记下是上面哪一个陷阱。错题记录与重测队列是保存这些记录、几天后再回头练同一技能的简单方法。

如果你在课堂上能跟上每个例子,遇到陌生的二项式题却卡住,我们的老师会在附加数学线上一对一补习中处理这个差距。

资料来源

  1. Cambridge IGCSE Additional Mathematics 0606 syllabus page

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