杨辉三角(最全知识点+典型例题)

杨辉三角(最全知识点+典型例题)

目录1 什么是杨辉三角2 基本结构与规律3 重要性质(必背)4 与二项式定理的关系5 典型例题(从基础到中考/高考难度)

1 什么是杨辉三角

杨辉三角是一个由数字排列成的三角形数表,我国南宋数学家杨辉在《详解九章算法》中记载。

它本质是二项式系数在几何上的排列。

2 基本结构与规律

2.1 基本写法

第0行:1

第1行:1 1

第2行:1 2 1

第3行:1 3 3 1

第4行:1 4 6 4 1

……

2.2 核心规律

每行首尾都是 1

中间数 = 它肩上两个数之和

\(

C_n^k = C_{n-1}^{k-1} + C_{n-1}^k

\)

第 \(n\) 行有 \(n+1\) 个数

第 \(n\) 行第 \(k\) 个数(从0开始):

\(

C_n^k = \frac{n!}{k!(n-k)!}

\)

3 重要性质(必背)

对称性

\(

C_n^k = C_n^{n-k}

\)

第 \(n\) 行所有数之和

\(

C_n^0 + C_n^1 + \dots + C_n^n = 2^n

\)

奇数行中间最大,偶数行中间两个最大

第 \(n\) 行对应 \((a+b)^n\) 展开式的系数

4 与二项式定理的关系

\(

(a+b)^n = \sum_{k=0}^n C_n^k a^{n-k}b^k

\)

系数就是杨辉三角第 \(n\) 行。

5 典型例题(从基础到中考/高考难度)

例1:基础写行

写出杨辉三角第6行。

解:

第0行:1

第1行:1 1

第2行:1 2 1

第3行:1 3 3 1

第4行:1 4 6 4 1

第5行:1 5 10 10 5 1

第6行:1 6 15 20 15 6 1

例2:求某一行的和

求杨辉三角第8行所有数之和。

解:

第 \(n\) 行和 = \(2^n\)

\(

2^8 = 256

\)

例3:求指定位置的数

求杨辉三角第7行第3个数(从0开始数)。

解:

\(

C_7^3 = \frac{7\times6\times5}{3\times2\times1} = 35

\)

例4:对称性应用

已知 \(C_{10}^3 = C_{10}^x\),求 \(x\)。

解:

\(

C_n^k = C_n^{n-k} \Rightarrow x = 10-3=7

\)

例5:二项式展开系数

求 \((x+1)^5\) 展开式系数。

解:对应第5行:

1 5 10 10 5 1

\(

(x+1)^5 = x^5+5x^4+10x^3+10x^2+5x+1

\)

例6:组合数递推(中考常考)

证明:

\(

C_n^k = C_{n-1}^{k-1} + C_{n-1}^k

\)

证明:

\(

C_{n-1}^{k-1}+C_{n-1}^k

= \frac{(n-1)!}{(k-1)!(n-k)!} + \frac{(n-1)!}{k!(n-k-1)!}

= \frac{n!}{k!(n-k)!}=C_n^k

\)

例7:求某一行最大数

求第9行最大数。

解:

第9行共10个数,中间两个最大:

\(

C_9^4 = C_9^5 = 126

\)

例8:求和综合(高中)

计算:

\(

C_5^0 + C_5^1 + C_5^2 + C_5^3 + C_5^4 + C_5^5

\)

解:

\(

= 2^5 = 32

\)

例9:实际组合应用题

从6人中选3人,有多少种选法?

解:

\(

C_6^3 = 20

\)

例10:拓展:斜行和 = 斐波那契数列

杨辉三角沿斜线相加:

1, 1, 1+1=2, 1+2=3, 1+3+1=5, 1+4+3=8…

得到:1,1,2,3,5,8,13,…(斐波那契)

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