二项式定理是数学中的一个重要定理,用于计算形如 \( (a + b)^n \) 的表达式的值,其中 \( a \) 和 \( b \) 是任意实数,\( n \) 是一个非负整数。根据二项式定理,表达式 \( (a + b)^n \) 可以展开为一系列项的和,每一项都是 \( a \) 和 \( b \) 的幂的乘积,并且每一项的系数是一个特定的数值,称为二项式系数。
下面是二项式定理的基本形式和计算步骤:
确定二项式系数
二项式系数 \( C(n, k) \) 表示从 \( n \) 个不同元素中取出 \( k \) 个元素的组合数,计算公式为:
\[ C(n, k) = \frac{n!}{k!(n - k)!} \]
其中 \( n! \) 表示 \( n \) 的阶乘,即 \( n \times (n - 1) \times (n - 2) \times ... \times 3 \times 2 \times 1 \)
确定各项的次数
在 \( (a + b)^n \) 的展开式中,第 \( k + 1 \) 项的一般形式是:
\[ C(n, k) \cdot a^{n - k} \cdot b^k \]
其中 \( C(n, k) \) 是二项式系数,\( a^{n - k} \) 是 \( a \) 的 \( n - k \) 次幂,\( b^k \) 是 \( b \) 的 \( k \) 次幂。
二项式展开
将上述各项相加,得到 \( (a + b)^n \) 的展开式:
\[ (a + b)^n = \sum_{k=0}^{n} C(n, k) \cdot a^{n - k} \cdot b^k \]
例如,计算 \( (x + y)^3 \) 的展开式:
\[ (x + y)^3 = C(3, 0) \cdot x^3 \cdot y^0 + C(3, 1) \cdot x^2 \cdot y^1 + C(3, 2) \cdot x^1 \cdot y^2 + C(3, 3) \cdot x^0 \cdot y^3 \]
\[ = 1 \cdot x^3 \cdot y^0 + 3 \cdot x^2 \cdot y^1 + 3 \cdot x^1 \cdot y^2 + 1 \cdot x^0 \cdot y^3 \]
\[ = x^3 + 3x^2y + 3xy^2 + y^3 \]
这就是 \( (x + y)^3 \) 的展开结果