二项式系数可以组成许多有趣的组合恒等式,这些等式可以通过简捷的组合分析得到证明。
一、公式法
例1、求证:。
证明:由,
,…,
,
,
,整理即
。
小结:运用基本组合数公式进行转换,如:,
等是处理组合恒等式的常用方法,同时,在上述恒等式中,取n=1,2,…可以推出一系列新等式,如(1)由
,得1+2+…+
,(2)由
得
等,可见本题的结论具有示范作用。
二、二项式定理法
例2、求证:。
证明:因为,令
,
得
,故
。
小结:对二项式定理自身作乘法、赋值和求积等运算获得一些恒等式,根据二项展开式的特性,赋予x以不同的值,常能使问题迎刃而解。
三、倒序求和法
例3、求证:。
证明:令,故
,
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。
小结:恒等式可逆用二项式定理获求。
四、组合分析法
例4、求证:。
证明:构造等式左边的等价数学模型:m名男生n名女生,从中取n人参加数学竞赛可分为n+1类,男生0人、1人、…、n人,女生对应分别为n、n-1人、…,0人,共有选法为种,又由组合数定义知所求选法为
种,命题成立。
小结:对等式两端所代表的组合含义进行分析,说明等式两端恰好是对同一组合模型进行计数,或是对已经建立一一对应关系的两个组合模型进行计数即得。
五、比较系数法
例5、求证:。
证明:由于,其中含有
项的系数为
。而
,其中含有
项的系数为
,同时
,故
。
点评:由多项式恒等对应项系数相等获求。在本题中,对m,n,k取特殊关系有(1)时,
;(2)
时,
等。
六、递推公式法
例6、求证:。
证明:设右边,则由恒等式
得
,故
,整理即
,而
,故有
。
小结:本题由递推关系及初始条件进行证明,其中数列的递推思想得到了体现。
七、求导法
例7、求证:。
证明:对两边的x求导得
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,上式两边乘以x后再求导得
,取
得
,即证。
小结:导数是一个重要的数学工具,寻找原模型进行求导自然流畅。
八、概率法
例8、求证:。
证明:设一个袋子中有n个白球和n个黑球,从中任取n个,求P(A)=P(至少有一个白球),一方面,不取白球的概率为,有P(A)
;另一方面,取到k个白球的概率为
,故有P(A)=
,同乘
移项即证。
小结:概率法的关键是将组合模型建立在概率的背景之下。