2019年数学湘教版选修2-3新设计同步(讲义):第7章 7.4 二项式定理

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名称 2019年数学湘教版选修2-3新设计同步(讲义):第7章 7.4 二项式定理
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科目 数学
更新时间 2019-04-30 16:07:43

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7.4二项式定理
第一课时 二项式定理及应用
[读教材·填要点]
1.杨辉三角的特点是两条斜边上的数字都是1,其余的数都是它“肩上”的两个数的和.
2.二项式定理
对于正整数n,(a+b)n=Can+Can-1b+…+Can-rbr+…+Cbn.
3.二项展开式的通项公式
我们称Can-rbr是二项展开式的第r+1项,其中C称作第r+1项的二项式系数.把Tr+1=Can-rbr(其中0≤r≤n,r∈N,n∈N+)叫做二项展开式的通项公式.
[小问题·大思维]
1.二项展开式中的字母a,b能交换位置吗?
提示:二项展开式中的字母a,b是不能交换的,即虽然(a+b)n与(b+a)n结果相同,但(a+b)n与(b+a)n的展开式是有区别的,二者的展开式中的项的排列顺序是不同的,二者不能混淆,如(a+b)3的展开式中第2项是3a2b,而(b+a)3的展开式中第2项是3ab2,两者是不同的.
2.二项式定理中,项的系数与二项式系数有什么区别?
提示:二项式系数C与展开式中对应项的系数不一定相等,二项式系数仅与二项式的指数及项数有关,与二项式无关,项的系数与二项式、二项式的指数及项数均有关.
二项式定理的应用
[例1] (1)求4的展开式;
(2)化简:(x-1)5+5(x-1)4+10(x-1)3+10(x-1)2+5(x-1).
[解] (1)法一:4
=C(3)4+C(3)3·+C(3)2·2+C(3)·3+C·4
=81x2+108x+54++.
法二:4=
=
=(81x4+108x3+54x2+12x+1)
=81x2+108x+54++.
(2)原式=C(x-1)5+C(x-1)4+C(x-1)3+C(x-1)2+C(x-1)+C(x-1)0-1
=[(x-1)+1]5-1=x5-1.
(1)记准、记熟二项式(a+b)n的展开式,是解答好与二项式有关问题的前提条件,对于较复杂的二项式,有时先化简再展开更简捷.
(2)逆用二项式定理可将多项式化简,对于这类问题的求解,要熟悉公式的特点、项数、各项幂指数的规律及各项的系数.
1.(1)求5的展开式;
(2)化简:(2x+1)5-5(2x+1)4+10(2x+1)3-10(2x+1)2+5(2x+1)-1.
解:(1)法一:5
=C(2x)5-C(2x)4·+C(2x)3·2-C(2x)2·3+C(2x)·4-C·5
=32x5-80x2+-+-.
法二:5=5=-(1-2x3)5
=-[1-C(2x3)+C(2x3)2-C(2x3)3+C(2x3)4-C(2x3)5]=-+-+-80x2+32x5.
(2)原式=C(2x+1)5-C(2x+1)4+C(2x+1)3-C(2x+1)2+C(2x+1)-C(2x+1)0=(2x+1-1)5=(2x)5=32x5.
二项式系数与项的系数问题
[例2] (1)求二项式6的展开式中第6项的二项式系数和第6项的系数;
(2)求9的展开式中x3的系数.
[解] (1)由已知得二项展开式的通项为
Tr+1=C(2)6-r·r
=26-rC·(-1)r·x, 
∴T6=-12·x.
∴第6项的二项式系数为C=6,
第6项的系数为C·(-1)5·2=-12.
(2)设展开式中的第r+1项为含x3的项,则
Tr+1=Cx9-r·r=(-1)r·C·x9-2r,
令9-2r=3,得r=3,
即展开式中第四项含x3,其系数为(-1)3·C=-84.
本例问题(1)条件不变,问题改为“求第四项的二项式系数和第四项的系数”.
解:由通项Tr+1=(-1)r·C·26-r·x,
知第四项的二项式系数为C=20,
第四项的系数为C·(-1)3·23=-160.
求某项的二项式系数或展开式中含xr的项的系数,主要是利用通项公式求出相应的项,特别要注意某项二项式系数与系数两者的区别.
2.已知n的展开式中,第6项为常数项.
(1)求n的值;
(2)求展开式中x2的系数.
解:(1)n的展开式的通项为Tr+1=C·()n-r·r=rC x.
又第6项为常数项,
所以当r=5时,=0,即n=2r=10.
(2)由(1),得Tr+1=rCx,
令=2,得r=2,
所以展开式中x2的系数为2C=.
与展开式中的特定项有关的问题
[例3] (1)6的展开式中,常数项是(  )
A.-          B.
C.- D.
(2)若(x2-a)10的展开式中x6的系数为30,则a等于(  )
A. B.
C.1 D.2
[解析] (1)6展开式的通项
Tr+1=C(x2)6-rr=rCx12-3r,
令12-3r=0,解得r=4.
所以常数项为4C=.
(2)依题意,注意到10的展开式的通项公式是Tr+1=C·x10-r·r=C·x10-2r,10的展开式中含x4(当r=3时)、x6(当r=2时)项的系数分别为C、C,因此由题意得C-aC=120-45a=30,由此解得a=2.
[答案] (1)D (2)D
求展开式中特定项的方法
求展开式特定项的关键是抓住其通项公式, 求解时先准确写出通项, 再把系数和字母分离, 根据题目中所指定的字母的指数所具有的特征, 列出方程或不等式即可求解.有理项问题的解法,要保证字母的指数一定为整数.
3.已知在n的展开式中,第6项为常数项.
(1)求n的值;
(2)求含x2的项的系数;
(3)求展开式中所有的有理项.
解:(1)通项为Tr+1=Cx (-3)rx-=C(-3)rx.
因为第6项为常数项,所以r=5时,有=0,即n=10.
(2)令=2,得r=(n-6)=2.
所以所求的系数为C(-3)2=405.
(3)根据通项,由题意得

所以r可取2,5,8.
所以第3项,第6项与第9项为有理项,
它们分别为C(-3)2x2,C(-3)5,C(-3)8x-2,
即405x2,-61 236,295 245x-2.
解题高手
妙解题
若(2x+3)3=a0+a1(x+2)+a2(x+2)2+a3(x+2)3,求a0+a1+2a2+3a3的值.
[尝试] 
 
 
 [巧思] 因为展开式为x+2的多项式,因此可考虑将2x+3变形为2x+3=2(x+2)-1,然后利用二项式定理展开即可.
[妙解] 由(2x+3)3=[2(x+2)-1]3
=C[2(x+2)]3(-1)0+C[2(x+2)]2(-1)1+C[2(x+2)]1(-1)2+C[2(x+2)]0(-1)3
=8(x+2)3-12(x+2)2+6(x+2)-1
=a0+a1(x+2)+a2(x+2)2+a3(x+2)3.
则a0=-1,a1=6,a2=-12,a3=8.
则a0+a1+2a2+3a3=5.
1.(x-1)5的展开式中第3项的系数为(  )
A.-20         B.20
C.-20 D.20
解析:选D ∵Tr+1=C(x)5-r(-1)r,
∴T2+1=C(x)3(-1)2=()3Cx3=20x3,
∴第3项的系数为20.
2.1-2C+4C-8C+…+(-2)nC=(  )
A.1 B.-1
C.(-1)n D.3n
解析:选C 逆用公式,将1看作公式中的a,-2看作公式中的b,可得原式=(1-2)n=(-1)n.
3.9展开式中的第四项是(  )
A.56x3 B.84x3
C.56x4 D.84x4
解析:选B 由通项公式有T4=Cx63=84x3.
4.9的展开式中,常数项为________.
解析:Tr+1=C(2x)9-rr=(-1)r·29-r·C·x,
令9-r=0,得r=6.
∴T7=C×23=672.
答案:672
5.若(x+a)10的展开式中,x7的系数为15,则a=______.(用数字填写答案)
解析:二项展开式的通项公式为Tr+1=Cx10-rar,当10-r=7时,r=3,T4=Ca3x7,则Ca3=15,故a=.
答案:
6.已知n(n∈N+)的展开式中第五项的系数与第三项的系数的比是10∶1,求展开式中含x的项.
解:由题意知第五项的系数为C·(-2)4,第三项的系数为C·(-2)2,则=,
解得n=8(n=-3舍去).
所以通项为
Tr+1=C()8-r·r=C(-2)r·x.
令=,得r=1.
∴展开式中含x的项为T2=-16x.
一、选择题
1.(x-)10展开式中x6的系数是(  )
A.-8C        B.8C
C.-4C D.4C
解析:选D Tr+1=Cx10-r(-)r,
令10-r=6,
∴r=4,T5=(-)4Cx6=4Cx6,系数为4C.
2.若(1-2x)5的展开式中,第2项小于第1项,且不小于第3项,则x的取值范围是(  )
A. B.
C. D.
解析:选B T1=C=1,T2=C·(-2x)=-10x,
T3=C·(-2x)2=40x2.
根据题意可知即
解得-<x≤0.
3.n的展开式中,常数项为15,则n的值为(  )
A.3 B.4
C.5 D.6
解析:选D 由通项公式Tr+1=C(x2)n-r(-1)rx-r
=(-1)rCx2n-3r.
令2n-3r=0,得(-1)rC=15,由r=n,r∈N+,排除选项B、C,再将选项B、D代入验证n=6.
4.在6的二项展开式中,x2的系数为(  )
A.- B.
C.- D.
解析:选C 在6的展开式中,第r+1项为
Tr+1=C6-rr=C6-rx3-r(-2)r,
当r=1时,为含x2的项,
其系数是C5(-2)=-.
二、填空题
5.10的展开式中含x的正整数指数幂的一共有________项.
解析:因为Tr+1=C()10-rr
=Crx,
由5-r∈N+知r=0或r=2,所以展开式中含x的正整数指数幂的一共有2项.
答案:2
6.若(1+)4=a+b,则a-b=________.
解析:∵(1+)4=C()0+C()1+C()2+C()3+C()4=1+4+12+8+4=17+12,由已知,得17+12=a+b,
∴a=17,b=12,故a-b=17-12=5.
答案:5
7.5的展开式中x8的系数是________________(用数字作答).
解析:∵Tr+1=C·(x3)5-r·r=C·x15-3r·r·x-=r·C·x (r=0,1,2,3,4,5),
由=8,得r=2,
∴2·C=.
答案:
8.(1+x+x2)6的展开式中的常数项为________.
解析:6的展开式中,Tr+1=Cx6-r·r=(-1)rCx6-2r,令6-2r=0,得r=3,T4=C(-1)3=-C,令6-2r=-1,得r=(舍去),令6-2r=-2,得r=4,T5=C(-1)4x-2,所以(1+x+x2)6的展开式中的常数项为1×(-C)+C=-20+15=-5.
答案:-5
三、解答题
9.已知在n的展开式中,第5项的系数与第3项的系数之比为56∶3,求展开式中的常数项.
解:T5=C()n-424x-8=16Cx,
T3=C()n-222x-4=4Cx
由题意知,=,
解得n=10.
Tr+1=C()10-r2rx-2r=2rCx,
令5-=0,解得r=2,
∴展开式中常数项为C22=180.
10.已知(+)n(其中n<15)的展开式中第9项,第10项,第11项的二项式系数成等差数列.
(1)求n的值;
(2)写出它展开式中的所有有理项.
解:(1)(+)n(其中n<15)的展开式中第9项,第10项,第11项的二项式系数分别是C,C,C.依题意得+=2·,
化简得90+(n-9)(n-8)=20(n-8),
即n2-37n+322=0,
解得n=14或n=23,
因为n<15,所以n=14.
(2)展开式的通项
Tr+1=Cx·x=C·x,
展开式中的有理项当且仅当r是6的倍数,
0≤r≤14,
所以展开式中的有理项共3项是:
r=0,T1=Cx7=x7;
r=6,T7=Cx6=3 003x6;
r=12,T13=Cx5=91x5.
第二课时 二项式系数的性质及应用
[读教材·填要点]
二项式系数的有关性质
(1)二项展开式一共有n+1项.
(2)第一个字母a按降幂排列,第二个字母b按升幂排列.
(3)a的幂加b的幂等于n.
(4)在二项展开式中,与首末两端“等距离”的两项的二项式系数相等,即C=C.
(5)二项式系数从两端向中间逐渐增大,且当n是偶数时,中间的一项的二项式系数取得最大值;当n是奇数时,中间的两项的二项式系数C,C相等,且同时取得最大值.
(6)C+C+C+…+C=2n,这可以在二项式定理中取a=1,b=1得到.
(7)C-C+C+…+(-1)nC=0,这可以在二项式定理中取a=1,b=-1得到.
[小问题·大思维]
1.若(a+b)n的展开式中只有第5项的二项式系数最大,则n为何值?
提示:由二项式系数的性质可知,第5项为二项展开式的中间项,即二项展开式共有9项,故n=8.
2.(a+b)n的展开式的各个二项式系数的和与a,b的取值有关系吗?
提示:(a+b)n的展开式的各个二项式系数的和与a,b的值无关,其和为C+C+C+…+C=2n.
求展开式的系数和
[例1] 若(3x-1)7=a7x7+a6x6+…+a1x+a0,求
(1)a1+a2+…+a7;
(2)a1+a3+a5+a7;
(3)a0+a2+a4+a6;
(4)|a0|+|a1|+|a2|+…+|a7|.
[解] (1)令x=0,则a0=-1,
令x=1,则a7+a6+…+a1+a0=27=128.①
∴a1+a2+…+a7=129.
(2)令x=-1,
则-a7+a6-a5+a4-a3+a2-a1+a0=(-4)7,②
由得:a1+a3+a5+a7=[128-(-4)7]=8 256.
(3)由得:
a0+a2+a4+a6=[128+(-4)7]=-8 128.
(4)法一:∵(3x-1)7展开式中a0,a2,a4,a6均小于零,a1,a3,a5,a7均大于零,∴|a0|+|a1|+|a2|+…+|a7|=a1+a3+a5+a7-(a0+a2+a4+a6)
=8 256-(-8 128)=16 384.
法二:|a0|+|a1|+|a2|+…+|a7|即为(1+3x)7展开式中各项的系数和,
∴|a0|+|a1|+|a2|+…+|a7|=(1+3)7=47=16 384.
二项展开式中系数和的求法
(1)对形如(ax+b)n, (ax2+bx+c)m(a,b,c∈R,m,n∈N*)的式子求其展开式的各项系数之和,常用赋值法,只需令x=1即可;对(ax+by)n(a,b∈R,n∈N*)的式子求其展开式各项系数之和,只需令x=y=1即可.
(2)一般地,若f(x)=a0+a1x+a2x2+…+anxn,则f(x)展开式中各项系数之和为f(1),
奇数项系数之和为a0+a2+a4+…=,
偶数项系数之和为a1+a3+a5+…=.
1.设f(x)=(x2+x-1)9(2x+1)6,试求f(x)的展开式中:
(1)所有项的系数和;
(2)所有偶次项的系数和及所有奇次项的系数和.
解:(1)所有项的系数和为f(1)=36=729.
(2)所有偶次项的系数和为
==364,
所有奇次项的系数和为
==365.
求展开式中系数或二项式系数最大的项
[例2] 在8的展开式中,
(1)系数绝对值最大的项是第几项?
(2)求二项式系数最大的项;
(3)求系数最大的项;
(4)求系数最小的项.
[解] Tr+1=C·()8-rr
=(-1)r·C·2r·x.
(1)设第r+1项系数的绝对值最大.
则
∴?5≤r≤6,
又∵r∈N+,
∴r=5或r=6.
故系数绝对值最大的项是第6项和第7项.
(2)二项式系数最大的项为中间项,即为第5项.
∴T5=C·24·x=1 120x-6.
(3)由(1)知,展开式中的第6项和第7项系数的绝对值最大,而第6项的系数为负,而7项的系数为正.
则系数最大的项为
T7=C·26·x-11=1 792x-11.
(4)系数最小的项为
T6=-C·25x=-1 792x.
求展开式中系数最大项与求二项式系数最大项是不同的,需根据各项系数的正、负变化情况,一般采用列不等式(组),解不等式(组)的方法求解.一般地,如果第r+1项的系数最大,则与之相邻两项(第r项,第r+2项)的系数均不大于第r+1项的系数,由此列不等式组可确定r的范围,再依据r∈N*来确定r的值,即可求出最大项.
2.已知n的展开式中,各项系数和与它的二项式系数和的比为32.
(1)求展开式中二项式系数最大的项;
(2)求展开式中系数最大的项.
解:令x=1,
则展开式中各项系数和为(1+3)n=22n.
又展开式中二项式系数和为2n,
∴=2n=32,n=5.
(1)∵n=5,展开式共6项,
∴二项式系数最大的项为第三、四两项,
∴T3=C(x)3(3x2)2=90x6,
T4=C(x)2(3x2)3=270x.
(2)设展开式中第k+1项的系数最大,
则由Tk+1=C(x)5-k(3x2)k=3kCx,
得∴≤k≤,∴k=4,
即展开式中系数最大的项为
T5=C(x)(3x2)4=405x.
解题高手
妙解题
如果C+C+C+…+C=,求(1+x)2n的展开式中系数最大的项.
[尝试]   
 
[巧思] 由于2n是偶数,且(1+x)2n展开式中各项的系数即为二项式系数,因此系数最大的项应为第n+1项,因此只需确定n的值即可.等式可变形为(n+1)C+(n+1)·C+(n+1)C+…+(n+1)C+C=31,而(n+1)C=C,(n+1)C=C,(n+1)C=C,….故利用二项式系数的性质即可解决.
[妙解] 由C+C+C+…+C=,得
(n+1)C+(n+1)C+(n+1)C+…+(n+1)C+C=31,
∴C+C+C+…+C+C=31,
即2n+1-1=31,∴2n+1=32,
∴n+1=5,即n=4.
1.(1+x)2n+1的展开式中,二项式系数最大的项所在项数是(  )
A.n,n+1        B.n-1,n
C.n+1,n+2 D.n+2,n+3
解析:选C 该式展开共2n+2项,中间有两项;第n+1项与第n+2项,所以第n+1项与第n+2项为二项式系数最大的项.
2.若n展开式的二项式系数之和为64,则展开式的常数项为(  )
A.10   B.20   C.30   D.120
解析:选B 由2n=64,得n=6,
∴Tr+1=Cx6-rr=Cx6-2r(0≤r≤6,r∈N+).
由6-2r=0,得r=3,∴T4=C=20.
3.若(1-2x)2 018=a0+a1x+…+a2 018 x2 018(x∈R),则++…+的值为(  )
A.2 B.0
C.-1 D.-2
解析:选C 令x=0,得a0=1.令x=,得a0+++…+=0,所以++…+=-1.
4.若(x+3y)n的展开式中各项系数的和等于(7a+b)10的展开式中二项式系数的和,则n的值为________.
解析:(7a+b)10的展开式中二项式系数的和为C+C+…+C=210,令(x+3y)n中x=y=1,则由题设知,4n=210,即22n=210,解得n=5.
答案:5
5.(2x-1)10展开式中x的奇次幂项的系数之和为________.
解析:设(2x-1)10=a0+a1x+a2x2+…+a10 x10,
令x=1,得a0+a1+a2+…+a10=1,再令x=-1,得
310=a0-a1+a2-a3+…+a10,
两式相减,可得a1+a3+…+a9=.
答案:
6.已知(1+3x)n的展开式中,末三项的二项式系数的和等于121,求展开式中二项式系数最大的项.
解:由题意知,C+C+C=121,
即C+C+C=121,∴1+n+=121,
解之得n=15或n=-16(舍去).∴(1+3x)15的展开式中二项式系数的最大项为第8项和第9项,且T8=C(3x)7,T9=C(3x)8.
一、选择题
1.已知(1-3x)9=a0+a1x+a2x2+…+a9x9,则|a0|+|a1|+|a2|+…+|a9|等于(  )
A.29        B.49
C.39 D.1
解析:选B x的奇数次方的系数都是负值,∴|a0|+|a1|+|a2|+…+|a9|=a0-a1+a2-a3+…-a9.
∴已知条件中只需赋值x=-1即可.
2.关于(a-b)10的说法,错误的是(  )
A.展开式中的二项式系数之和为1 024
B.展开式中第6项的二项式系数最大
C.展开式中第5项或第7项的二项式系数最大
D.展开式中第6项的系数最小
解析:选C 根据二项式系数的性质进行判断,由二项式系数的性质知:二项式系数之和为2n,故A正确;当n为偶数时,二项式系数最大的项是中间一项,故B正确,C错误;D也是正确的,因为展开式中第6项的系数是负数,所以是系数中最小的.
3.已知(1+x)n的展开式中第4项与第8项的二项式系数相等,则奇数项的二项式系数和为(  )
A.29 B.210
C.211 D.212
解析:选A 由C=C,得n=10,故奇数项的二项式系数和为29.
4.设m为正整数,(x+y)2m展开式的二项式系数的最大值为a,(x+y)2m+1展开式的二项式系数的最大值为b.若13a=7b,则m等于(  )
A.5 B.6
C.7 D.8
解析:选B 由二项式系数的性质知,二项式(x+y)2m的展开式中二项式系数的最大值有一项,即C=a,
二项式(x+y)2m+1的展开式中二项式系数的最大值有两项,即C=C=b,因此13C=7C,
所以13·=7·,
所以m=6.
二、填空题
5.(1+2x)2(1-x)5=a0+a1x+a2x2+…+a7x7,则a1-a2+a3-a4+a5-a6+a7等于________.
解析:令x=0,得a0=1,令x=-1,得
a0-a1+a2-a3+a4-a5+a6-a7=25,
∴-a1+a2-a3+a4-a5+a6-a7=25-1=31.
∴a1-a2+a3-a4+a5-a6+a7=-31.
答案:-31
6.(1-)20的二项展开式中,x的系数与x9的系数之差为________.
解析:二项式(1-)20的展开式的通项是Tr+1=C·120-r·(-)r=C·(-1)r·x.因此,(1-)20的展开式中,x的系数与x9的系数之差等于C·(-1)2-C·(-1)18=C-C=0.
答案:0
7.若对任意的实数x,有x3=a0+a1(x-2)+a2(x-2)2+a3(x-2)3,则a2的值为________.
解析:设x-2=t,则x=t+2,原等式可化为(t+2)3=a0+a1t+a2t2+a3t3,所以a2=C·2=6.
答案:6
8.在(1+x)+(1+x)2+…+(1+x)6的展开式中,x2项的系数是________.(用数字作答)
解析:由题意知
C+C+C+C+C=C+C+C+C+C
=C+C+C+C
=C+C+C
=C+C=C
=
=35.
答案:35
三、解答题
9.设(2-x)100=a0+a1x+a2x2+…+a100x100,求下列各式的值:
(1)a0;
(2)a1+a2+a3+a4+…+a100;
(3)a1+a3+a5+…+a99;
(4)(a0+a2+…+a100)2-(a1+a3+…+a99)2;
(5)|a0|+|a1|+…+|a100|.
解:(1)令x=0,则展开式为a0=2100.
(2)令x=1,可得
a0+a1+a2+…+a100=(2-)100,(*)
∴a1+a2+…+a100=(2-)100-2100.
(3)令x=-1,
可得a0-a1+a2-a3+…+a100=(2+)100.
与(*)式联立相减得a1+a3+…+a99
=.
(4)原式=[(a0+a2+…+a100)+(a1+a3+…+a99)]·[(a0+a2+…+a100)-(a1+a3+…+a99)]
=(a0+a1+a2+…+a100)·(a0-a1+a2-a3+…+a98-a99+a100)
=[(2-)(2+)]100=1100=1.
(5)∵Tr+1=(-1)rC2100-r()rxr,∴a2r-1<0(r∈N+).
∴|a0|+|a1|+|a2|+…+|a100|
=a0-a1+a2-a3+…+a100=(2+)100.
10.已知(+3x2)n展开式中各项系数和比二项式系数和大992.
(1)求展开式中二项式系数最大的项;
(2)求展开式中系数最大的项.
解:令x=1得展开式各项系数和为(1+3)n=4n.
又展开式二项式系数和为C+C+…+C=2n,
由题意有4n-2n=992.
即(2n)2-2n-992=0,(2n-32)(2n+31)=0,
∴2n=-31(舍去)或2n=32.
所以n=5.
(1)因为n=5,所以展开式共6项,其中二项式系数最大项为第三、四两项,
它们是T3=C()3·(3x2)2=90x6.
T4=C()2(3x2)3=270x.
(2)设展开式中第r+1项的系数最大,
又Tr+1=C()5-r·(3x2)r=C3rx,得
??≤r≤.
又因为r∈N+,
所以r=4,所以展开式中第5项系数最大.
T5=C34x=405x.
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