二項定理の応用です。これもパターンで覚えておきましょう。ずばり $$ \frac{8! }{3! 2! 3! }=560 $$ イメージとしては1~8までを並べ替えたあと,1~3はaに,4~5はbに,6~8はcに置き換えます。全部で8! 通りありますが,1~3が全部aに変わってるので「1, 2, 3」「1, 3, 2」,「2, 1, 3」, 「2, 3, 1」,「3, 1, 2」,「3, 2, 1」の6通り分すべて重複して数えています。なので3! で割ります。同様にbも2つ重複,cも3つ重複なので全部割ります。 なのですがこの説明が少し理解しにくい人もいるかもしれません。とにかくこのタイプはそれぞれの指数部分の階乗で割っていく,と覚えておけばそれで問題ないです。 では最後にここまでの応用問題を出してみます。 例題6 :\( \displaystyle \left(x^2-x+\frac{3}{x}\right)^7\)を展開したときの\(x^9\)の係数はいくらか?
他にも,つぎのように組合せ的に理解することもできます. 二項定理の応用 二項定理は非常に汎用性が高く実に様々な分野で応用されます.数学の別の定理を証明するために使われたり,数学の問題を解くために利用することもできます. 剰余 累乗数のあまりを求める問題に応用できる場合があります. 例題 $31^{30}$ を $900$ で割ったあまりを求めよ. $$31^{30}=(30+1)^{30}={}_{30} \mathrm{C} _0 30^0+\underline{{}_{30} \mathrm{C} _{1} 30^1+ {}_{30} \mathrm{C} _{2} 30^2+\cdots +{}_{30} \mathrm{C} _{30} 30^{30}}$$ 下線部の各項はすべて $900$ の倍数です.したがって,$31^{30}$ を $900$ で割ったあまりは,${}_{30} \mathrm{C} _0 30^0=1$ となります. 不等式 不等式の証明に利用できる場合があります. 例題 $n$ を自然数とするとき,$3^n >n^2$ を示せ. $n=1$ のとき,$3>1$ なので,成り立ちます. $n\ge 2$ とします.このとき, $$3^n=(1+2)^n=\sum_{k=0}^n {}_n \mathrm{C} _k 2^k > {}_n \mathrm{C} _2 2^2=2(n^2-n) \ge n^2$$ よって,自然数 $n$ に対して,$3^n >n^2$ が成り立ちます. 示すべき不等式の左辺と右辺は $n$ の指数関数と $n$ の多項式で,比較しにくい形になっています.そこで,二項定理を用いて,$n$ の指数関数を $n$ の多項式で表すことによって,多項式同士の評価に持ち込んでいるのです. その他 サイト内でもよく二項定理を用いているので,ぜひ参考にしてみてください. ・ →フェルマーの小定理の証明 ・ →包除原理の意味と証明 ・ →整数係数多項式の一般論
二項定理~○○の係数を求める問題を中心に~ | 数学の偏差値を上げて合格を目指す 数学が苦手な高校生(大学受験生)から数学検定1級を目指す人など,数学を含む試験に合格するための対策を公開 更新日: 2020年12月27日 公開日: 2017年7月4日 上野竜生です。二項定理を使う問題は山ほど登場します。なので理解しておきましょう。 二項定理とは です。 なお,\( \displaystyle {}_nC_k=\frac{n! }{k! (n-k)! } \)でn! =n(n-1)・・・3・2・1です。 二項定理の例題 例題1 :\((a+b)^n\)を展開したときの\(a^3b^{n-3}\)の係数はいくらか? これは単純ですね。二項定理より\( \displaystyle _{n}C_{3}=\frac{n(n-1)(n-2)}{6} \)です。 例題2 :\( (2x-3y)^6 \)を展開したときの\(x^3y^3\)の係数はいくらか? 例題1と同様に考えます。a=2x, b=-3yとすると\(a^3b^3\)の係数は\( _{6}C_{3}=20 \)です。ただし, \(a^3b^3\)の係数ではなく\(x^3y^3\)の係数であることに注意 します。 \(20a^3b^3=20(2x)^3(-3y)^3=-4320x^3y^3\)なので 答えは-4320となります。 例題3 :\( \displaystyle \left(x^2+\frac{1}{x} \right)^7 \)を展開したときの\(x^2\)の係数はいくらか? \( \displaystyle (x^2)^3\left(\frac{1}{x}\right)^4=x^2 \)であることに注意しましょう。よって\( _{7}C_{3}=35\)です。\( _{7}C_{2}=21\)と勘違いしないようにしましょう。 とここまでは基本です。 例題4 : 11の77乗の下2ケタは何か? 11=10+1とし,\((10+1)^{77}\)を二項定理で展開します。このとき, \(10^{77}, 10^{76}, \cdots, 10^2\)は100の倍数で下2桁には関係ないので\(10^1\)以下を考えるだけでOKです。\(10^1\)の係数は77,定数項(\(10^0\))の係数は1なので 77×10+1=771 下2桁は71となります。 このタイプではある程度パターン化できます。まず下1桁は1で確定,下から2番目はn乗のnの一の位になります。 101のn乗や102のn乗など出題者側もいろいろパターンは変えられるので例題4のやり方をマスターしておきましょう。 多項定理 例題5 :\( (a+b+c)^8 \)を展開したときの\( a^3b^2c^3\)の係数はいくらか?
二項定理は非常に汎用性が高く,いろいろなところで登場します. ⇨予備知識 二項定理とは $(x+y)^2$ を展開すると,$(x+y)^{2}=x^2+2xy+y^2$ となります. また,$(x+y)^3$ を展開すると,$(x+y)^3=x^3+3x^2y+3xy^2+y^3$ となります.このあたりは多くの人が公式として覚えているはずです.では,指数をさらに大きくして,$(x+y)^4, (x+y)^5,... $ の展開は一般にどうなるでしょうか. 一般の自然数 $n$ について,$(x+y)^n$ の展開の結果を表すのが 二項定理 です. 二項定理: $$\large (x+y)^n=\sum_{k=0}^n {}_n \mathrm{C} _k\ x^{n-k}y^{k}$$ ここで,$n$ は自然数で,$x, y$ はどのような数でもよいです.定数でも変数でも構いません. たとえば,$n=4$ のときは, $$(x+y)^4= \sum_{k=0}^4 {}_4 \mathrm{C} _k x^{4-k}y^{k}={}_4 \mathrm{C} _0 x^4+{}_4 \mathrm{C} _1 x^3y+{}_4 \mathrm{C} _2 x^2y^2+{}_4 \mathrm{C} _3 xy^3+{}_4 \mathrm{C} _4 y^4$$ ここで,二項係数の公式 ${}_n \mathrm{C} _k=\frac{n! }{k! (n-k)! }$ を用いると, $$=x^4+4x^3y+6x^2y^2+4xy^3+y^4$$ と求められます. 注意 ・二項係数について,${}_n \mathrm{C} _k={}_n \mathrm{C} _{n-k}$ が成り立つので,$(x+y)^n=\sum_{k=0}^n {}_n \mathrm{C} _k\ x^{k}y^{n-k}$ と書いても同じことです.これはつまり,$x$ と $y$ について対称性があるということですが,左辺の $(x+y)^n$ は対称式なので,右辺も対称式になることは明らかです. ・和は $0$ から $n$ までとっていることに気をつけて下さい. ($1$ からではない!) したがって,右辺は $n+1$ 項の和という形になっています. 二項定理の証明 二項定理は数学的帰納法を用いて証明することができます.
この記事は最終更新日から1年以上が経過しています。内容が古くなっているのでご注意ください。 はじめに 二項定理はアルファベットや変な記号がたくさん出てきてよくわかんない! というあなた。 確かに二項定理はぱっと見だと寄り付きにくいですが、それは公式を文字だけで覚えようとしているから。「意味」を考えれば、当たり前の式として理解し、覚えることができます。 この記事では、二項定理を証明し、意味を説明してから、実際の問題を解いてみます。さらに応用編として、二項定理の有名な公式を証明したあとに、大学受験レベルの問題の解き方も解説します。 二項定理は一度慣れてしまえば、パズルのようで面白い単元です。ぜひマスターしてください!
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