2025年通成学典课时作业本高中数学选择性必修第三册人教版
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17. (15分)在二项式$(ax^{m}+bx^{n})^{15}(a>0,b>0,m\neq0,n\neq0)$中,有$2m+n=0$.
(1)求$(ax^{m}+bx^{n})^{15}$的展开式的常数项;
(2)若它的展开式中系数最大的项恰是常数项,求$\frac{a}{b}$的取值范围.
(1)求$(ax^{m}+bx^{n})^{15}$的展开式的常数项;
(2)若它的展开式中系数最大的项恰是常数项,求$\frac{a}{b}$的取值范围.
答案:
17.解:
(1)设$T_{k+1}=C_{15}^k(ax^m)^{15-k}(bx^n)^k=C_{15}^ka^{15-k}b^k· x^{m(15-k)+nk}$为常数项,则m(15-k)+nk=0.因为2m+n=0,即n=-2m,所以m(15-k)-2mk=0,即m(15-3k)=0,解得k=5.所以常数项为第6项,即为$T_6=C_{15}^5a^{10}b^5.(2)$由题意,得第6项是系数最大的项,所以$\begin{cases}C_{15}^5a^{10}b^5\ge C_{15}^4a^{11}b^4,\\C_{15}^5a^{10}b^5\ge C_{15}^6a^9b^6.\end{cases}$由①,得$\frac{15×14×13×12×11}{5×4×3×2×1}b\ge \frac{15×14×13×12}{4×3×2×1}a,$所以$\frac{a}{b}\le \frac{11}{5}.$由②,得$\frac{15×14×13×12×11}{5×4×3×2×1}a\ge \frac{15×14×13×12×11×10}{6×5×4×3×2×1}b,$所以$\frac{a}{b}\ge \frac{5}{3}.$所以$\frac{5}{3}\le \frac{a}{b}\le \frac{11}{5},$即$\frac{a}{b}$的取值范围是$[\frac{5}{3},\frac{11}{5}].$
(1)设$T_{k+1}=C_{15}^k(ax^m)^{15-k}(bx^n)^k=C_{15}^ka^{15-k}b^k· x^{m(15-k)+nk}$为常数项,则m(15-k)+nk=0.因为2m+n=0,即n=-2m,所以m(15-k)-2mk=0,即m(15-3k)=0,解得k=5.所以常数项为第6项,即为$T_6=C_{15}^5a^{10}b^5.(2)$由题意,得第6项是系数最大的项,所以$\begin{cases}C_{15}^5a^{10}b^5\ge C_{15}^4a^{11}b^4,\\C_{15}^5a^{10}b^5\ge C_{15}^6a^9b^6.\end{cases}$由①,得$\frac{15×14×13×12×11}{5×4×3×2×1}b\ge \frac{15×14×13×12}{4×3×2×1}a,$所以$\frac{a}{b}\le \frac{11}{5}.$由②,得$\frac{15×14×13×12×11}{5×4×3×2×1}a\ge \frac{15×14×13×12×11×10}{6×5×4×3×2×1}b,$所以$\frac{a}{b}\ge \frac{5}{3}.$所以$\frac{5}{3}\le \frac{a}{b}\le \frac{11}{5},$即$\frac{a}{b}$的取值范围是$[\frac{5}{3},\frac{11}{5}].$
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