2020年高考数学二轮优化提升专题训练考点33计数原理解析版

考点33计数原理【知识框图】【自主热身,归纳总结】1、(2016南京、盐城、连云港、徐州二模)设(1-x)n=a0+a1x+a2x2+…+anxn,x∈N*,n≥2.(1)设n=11,求|a6|+|a7|+|a8|+|a9|+|a10|+|a11|的值;(2)设bk=ak+1(k∈N,k≤n-1),Sm=b0+b1+b2+…+bm(m∈N,m≤n-1),求的值.规范解答(1)因为ak=(-1)kC,当n=11时,|a6|+|a7|+|a8|+|a9|+|a10|+|a11|=C+C+C+C+C+C=(C+C+…+C+C)=210=1024.(3分)(2)bk=ak+1=(-1)k+1C=(-1)k+1C,(6分)当1≤k≤n-1时,bk=(-1)k+1C=(-1)k+1(C+C)=(-1)k+1C+(-1)k+1C=(-1)k-1C-(-1)kC.(7分)当m=0时,==1.(8分)当1≤m≤n-1时,Sm=-1+∑[(-1)k-1C-(-1)kC]=-1+1-(-1)mC=-(-1)mC,所以=1.综上,=1.(10分)2、(2018南京、盐城一模)已知n∈N*,nf(n)=CC+2CC+…+rCC+…+nCC.(1)求f(1),f(2),f(3)的值;(2)试猜想f(n)的表达式(用一个组合数表示),并证明你的猜想.第(2)问中为组合数求和问题,其中组合数前面的系数转化是关键,可以利用rC=nC,也可以用导数来解决.规范解答(1)由条件,nf(n)=CC+2CC+…+rCC+…+nCC①,在①中令n=1,得f(1)=CC=1.(1分)在①中令n=2,得2f(2)=CC+2CC=6,得f(2)=3.(2分)在①中令n=3,得3f(3)=CC+2CC+3CC=30,得f(3)=10.(3分)(2)猜想f(n)=C(或f(n)=C).(5分)欲证猜想成立,只要证等式nC=CC+2CC+…+rCC+…+nCC成立.证法1(数学归纳法)当n=1时,等式显然成立.当n≥2时,因为rC===n×=nC,(7分)故rCC=(rC)C=nCC.故只需证明nC=nCC+nCC+…+nCC+…+nCC.即证C=CC+CC+…+CC+…+CC.而C=C,故即证C=CC+CC+…+CC+…+CC②.由等式(1+x)2n-1=(1+x)n-1(1+x)n可得,左边xn的系数为C.而右边(1+x)n-1(1+x)n=(C+Cx+Cx2+…+Cxn-1)(C+Cx+Cx2+…+Cxn),所以xn的系数为CC+CC+…+CC+…+CC.由(1+x)2n-1=(1+x)n-1(1+x)n恒成立可得②成立.综上,f(n)=C成立.(10分)证法2(构造模型)构造一个组合模型,一个袋中装有(2n-1)个小球,其中n个是编号为1,2,…,n的白球,其余(n-1)个是编号为1,2,…,n-1的黑球.现从袋中任意摸出n个小球,一方面,由分步计数原理其中含有r个黑球((n-r)个白球)的n个小球的组合的个数为CC,0≤r≤n-1,由分类计数原理有从袋中任意摸出n个小球的组合的总数为CC+CC+…+CC+…+CC.另一方面,从袋中(2n-1)个小球中任意摸出n个小球的组合的个数为C.故C=CC+CC+…+CC+…+CC,余下同证法1.(10分)证法3(利用导数)由二项式定理,得(1+x)n=C+Cx+Cx2+…+Cxn③.两边求导,得n(1+x)n-1=C+2Cx+…+rCxr-1+…+nCxn-1④.③×④,得n(1+x)2n-1=(C+Cx+Cx2+…+Cxn)·(C+2Cx+…+rCxr-1+…+nCxn-1)⑤.左边xn的系数为nC.右边xn的系数为CC+2CC+…+rCC+…+nCC=CC+2CC+…+rCC+…+nCC=CC+2CC+…+rCC+…+nCC.由⑤恒成立,得nC=CC+2CC+…+rCC+…+nCC.故f(n)=C成立.(10分)证法4(构造模型)由nf(n)=CC+2CC+…+rCC+…+nCC,得nf(n)=nCC+(n-1)CC+…+CC=nCC+(n-1)CC+…+CC,所以2nf(n)=(n+1)(CC+CC+…+CC)=(n+1)(CC+CC+…+CC),构造一个组合模型,从2n个元素中选取(n+1)个元素,则有C种选法,现将2n个元素分成两个部分n,n,若(n+1)个元素中,从第一个里取n个,第二个里取1个,则有CC种选法,若从第一个里取(n-1)个,第二个里取2个,则有CC种选法,……,由分类计数原理可知C=CC+CC+…+CC.故2nf(n)=(n+1)C,(7分)所以f(n)=·==C.(10分)3、(2018苏锡常镇调研(二))已知函数f(x)=(x+)2n+1(n∈N*,x∈R).(1)当n=2时,若f(2)+f(-2)=A,求实数A的值;(2)若f(2)=m+α(m∈N*,0<α<1),求证:α(m+α)=1规范解答(1)当n=2时,f(x)=(x+)5=Cx5+Cx4+Cx3()2+Cx2()3+Cx()4+C()5,(1分)所以f(2)+f(-2)=(2+)5+(-2+)5=2[C()124+C()322+C()5]=2(5×16+10×4×5+25)=610,所以A=610.(3分)(2)因为f(x)=(x+)2n+1=Cx2n+1+Cx2n+Cx2n-1()2+…+C()...

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