什麼是二項式展開特定項計算器?
這個計算器能在 \((a + b)^n\) 的二項展開式中,直接求出某一個指定的項,而不必把整個式子完全展開。不論你要找的是第 5 項、常數項,還是某個特定次方的係數,通項公式都能一步算出答案。這是一個通用的數學工具——適用於任何地區,沒有任何國家或地區的特殊規則限制。
使用方法
請輸入第一項底數 a、第二項底數 b、指數 n,以及項次位置 k(第一項填 1、第二項填 2,依此類推)。計算器會回傳二項式係數 \(C(n, r)\)、該項的數值,以及對應的次方。請注意,第 \(k\) 項所對應的 \(r = k - 1\)。
公式解析
\((a + b)^n\) 展開式的通項為:
$$T_{r+1} = C(n, r) \cdot a^{\,n-r} \cdot b^{\,r}$$
其中 \(C(n, r) = \dfrac{n!}{r!\,(n-r)!}\) 即為二項式係數。第 \(k\) 項對應 \(r = k - 1\),因此第一項的 \(r = 0\),最後一項的 \(r = n\)。兩個指數的總和恆等於 \(n\):\((n - r) + r = n\)。
範例演算
求 \((2 + 3)^4\) 的第 3 項。此時 \(a = 2\)、\(b = 3\)、\(n = 4\)、\(k = 3\),所以 \(r = 2\)。係數為 \(C(4, 2) = 6\)。該項即為 $$6 \cdot 2^{\,4-2} \cdot 3^2 = 6 \cdot 4 \cdot 9 = 216.$$
帕斯卡三角形 / 二項式係數表
下列條目是二項式係數 \(\binom{n}{r}\)。若要找出展開式的第 \(k\) 項,請沿著第 \(n\) 行讀取,並取第 \(r=k-1\) 欄中的值(欄數從 0 開始編號)。例如,\((a+b)^6\) 的第 4 項使用 \(r=3\),得到 \(\binom{6}{3}=20\)。
| n | r=0 | r=1 | r=2 | r=3 | r=4 | r=5 | r=6 | r=7 | r=8 | r=9 | r=10 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 0 | 1 | ||||||||||
| 1 | 1 | 1 | |||||||||
| 2 | 1 | 2 | 1 | ||||||||
| 3 | 1 | 3 | 3 | 1 | |||||||
| 4 | 1 | 4 | 6 | 4 | 1 | ||||||
| 5 | 1 | 5 | 10 | 10 | 5 | 1 | |||||
| 6 | 1 | 6 | 15 | 20 | 15 | 6 | 1 | ||||
| 7 | 1 | 7 | 21 | 35 | 35 | 21 | 7 | 1 | |||
| 8 | 1 | 8 | 28 | 56 | 70 | 56 | 28 | 8 | 1 | ||
| 9 | 1 | 9 | 36 | 84 | 126 | 126 | 84 | 36 | 9 | 1 | |
| 10 | 1 | 10 | 45 | 120 | 210 | 252 | 210 | 120 | 45 | 10 | 1 |
每一項都等於其上方兩項之和,每一行都是對稱的:\(\binom{n}{r}=\binom{n}{n-r}\)。
定義與詞彙
- \(a\) — 第一項(底數)
- 二項式 \((a+b)^n\) 內的首項表達式。在每一項中,它被提升到 \(n-r\) 次方。
- \(b\) — 第二項(底數)
- 二項式內的末項表達式。在每一項中,它被提升到 \(r\) 次方。它可能是負數或倒數(例如 \(1/x\));其符號和形式會帶入該項的值。
- \(n\) — 指數(次數)
- 二項式被提升的次數。完整展開式有 \(n+1\) 項,每一項中 \(a\) 和 \(b\) 的指數總和始終等於 \(n\)。
- \(k\) — 項數
- 您想要的項所在的位置,從 1 開始計數(第一項 \(a^n\) 是 \(k=1\))。有效值的範圍從 \(1\) 到 \(n+1\)。
- \(r\) — 係數索引
- 用於二項式係數和次數的零基索引,定義為 \(r=k-1\)。它也是 \(b\) 的次數。
- \(T_{r+1}\) — 通項
- 展開式第 \((r+1)\) 項的公式:\(T_{r+1}=\binom{n}{r}\,a^{\,n-r}\,b^{\,r}\)。設定 \(r=k-1\) 可得到第 \(k\) 項。
- \(\binom{n}{r}\) — 二項式係數
- 讀作「\(n\) 選 \(r\)」,它計算從 \(n\) 中選擇 \(r\) 個項目的方式數,計算公式為 \(\binom{n}{r}=\dfrac{n!}{r!\,(n-r)!}\)。它是該項的數值係數(不包括 \(a\) 或 \(b\) 的符號)。
常見問題
k 代表什麼? \(k\) 是從 1 開始計算的項次編號。第 \(k\) 項在公式中使用 \(r = k - 1\)。
如何求常數項? 對於像 \((x + 1/x)^n\) 這類式子,將 \(x\) 的淨次方設為零並解出 \(r\),再以該 \(r\)(\(k = r + 1\))代入此計算器即可。
a 和 b 可以是負數或分數嗎? 可以——計算器是以數值方式計算 \(a^{\,n-r}\cdot b^{\,r}\),所以負數與小數都能正常運算。