Sáng kiến kinh nghiệm THPT: Sử dụng đạo hàm và tích phân để giải các bài toán đại số tổ hợp

Chia sẻ: Caphesuadathemhanh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:21

Thêm vào BST

Báo xấu

29
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích của đề tài là giúp các em học sinh có được một hệ thống các phương pháp đủ mạnh giải quyết các bài toán trên và tích lũy thêm phương pháp giải các dạng bài toán khác đồng thời tăng khả năng tư duy logic và rèn luyện tính sáng tạo cho các em.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Sáng kiến kinh nghiệm THPT: Sử dụng đạo hàm và tích phân để giải các bài toán đại số tổ hợp

PHỤ LỤC Trang 1. Sự cần thiết, mục đích của việc thực hiện sáng kiến kinh nghiệm…….. ...2 2. Phạm vi triển khai thực hiện……………………………………………...2 3. Mô tả sáng kiến…………………………………………………………...3 3.1. Đặt vấn đề………………………………………………………………..3 3.2. Giải quyết vấn đề………………………………………………………...3 4. Kết quả và hiệu quả mang lại……………………………………………18 5. Đánh giá về phạm vi ảnh hưởng của sáng kiến………………………….18 6. Kiến nghị, đề xuất……………………………………………………….19 7. Tài liệu tham khảo……………………………………………………….20
SỬ DỤNG ĐẠO HÀM VÀ TÍCH PHÂN ĐỂ GIẢI CÁC BÀI TOÁN ĐẠI SỐ TỔ HỢP Tác giả: Phạm Hà Định Giáo viên THPT chuyên Lê Quý Đôn 1.S c n thi t mục ch củ vi c th c hi n sáng i n: - hiệm vụ chủ yếu của trư ng T PT chuy n Qu Đôn là đào tạo h c sinh m i nh n và đào tạo ngu n nh n lực c chất lư ng cao cho t nh nhà. Đ ng trư c nhiệm vụ đ , đ i h i ngư i giáo vi n luôn phải đ i m i phư ng pháp ạy h c, nh m đáp ng y u cầu của việc ạy và h c hiện nay. - Trong chư ng tr nh toán T PT, s tiết trong ph n ph i chư ng tr nh để giảng ạy các ài toán đại s t h p khai thác về nhị th c iu-t n là rất ít. M t s phư ng pháp giải các ài toán này đư c đề c p trong sách giáo khoa c ng ch ở m c đ đ n giản, chưa đáp ng đư c m c đ của các ài toán này trong các đề thi tuyển sinh đại h c và thi ch n h c sinh gi i các cấp. h m gi p h c sinh v n ụng đư c đạo hàm và tích ph n để giải các ài toán đại s t h p, chu n ị t t cho k thi tuyển sinh đại h c và ch n h c sinh gi i các cấp, tôi ch n đề tài “ Sử ụng đạo hàm và tích ph n để giải các ài toán đại s t h p ” v i mong mu n gi p các em h c sinh c đư c m t hệ th ng các phư ng pháp “đủ mạnh” giải quyết các ài toán tr n và tích l y th m phư ng pháp giải các ạng toán khác đ ng th i tăng khả năng tư uy logic và rèn luyện tính sáng tạo cho các em. Gi p các em c tác phong đ c l p khi giải toán.Đ ng trư c m t ài toán c thể chủ đ ng, linh hoạt, iết đặt ra các c u h i và t m ra c u trả l i thích h p để giải quyết các ài toán m t cách tr n vẹn. Phạm vi tri n h i th c hi n: - Đ i tư ng nghi n c u + Mục ti u, n i ung chư ng tr nh n ng cao và Toán chuy n T PT. + Sách giáo khoa nâng cao và chuyên Toán. + Các ài toán trong chư ng tr nh thi đại h c và h c sinh gi i c T PT. 2
+ M c đ nh n th c của h c sinh trư ng T PT chuy n Qu Đôn. - Phạm vi nghi n c u + Chư ng tr nh n ng cao và chuy n toán T PT. + Các chuy n đề thi đại h c và h c sinh gi i qu c gia. + c sinh trư ng T PT chuy n Qu Đôn. - Tiến hành thực nghiệm tr n l p 12C4, 12C3. Mô tả sáng i n: Đ tv n Đạo hàm và tích ph n là m t công cụ khá hữu hiệu để giải quyết m t s bài toán của đại s t h p đặc iệt là các ài toán khai thác về nhị th c iu-t n. Giải quy t v n Cơ sở u n và th c ti n a) : Nhị thức Niu-tơn Cho n là s nguy n ư ng, a và là hai s thực. n (a  b)n  Cn0 a n  Cn1a n1b  Cn2a n2b 2  ...  Cnnb n   Cnk a nk b k k 0 Nh n xét:  Trong khai triển (a  b)n có n  1 s hạng.  T ng s m của a và trong mỗi s hạng của khai triển ng n .  Các hệ s của các s hạng c tính chất đ i x ng Cnk  Cnnk k  , k  n .  ếu sắp xếp theo l y thừa giảm ần của a th s hạng t ng quát th k  1 trong khai triển là Cnk a nk bk . Chú ý: 1) (a  b)n  Cn0a n  Cn1a n1b  Cn2a n2b2  Cn3a n3b3  ...  (1)n Cnnbn 2) 2n  Cn0  Cn1  Cn2  ...  Cnn 3) 0  Cn0  Cn1  Cn2  Cn3  ...  (1)n Cnn 4) C20n  C22n  C24n  ...  C22nn  C21n  C23n  C25n  ...  C22nn1 5) C20n1  C21n1  C22n1  ...  C2nn1  C2nn11  C2nn21  C2nn31  ...  C22nn11 3
Ta sẽ g i hàm s y  ( x  1)n và y  ( x  1)n là hàm đa th c c ản. b) Cơ sở th c ti n – Th c trạng ối tượng nghiên cứu Mặc dù các bài toán của đại s t h p về nhị th c iu-t n là các bài toán quen thu c đ i v i h c sinh T PT, nhưng ngoài những ạng bài c ản mà các em đã đư c h c, các em vẫn c n l ng t ng và chưa c hư ng giải quyết đ i v i rất nhiều ài toán tính t ng, ch ng minh các đẳng th c hoặc giải các phư ng tr nh c li n quan đến khai triển nhị th c iu-t n. Kh khăn nhất đ i v i các em h c sinh là đ ng trư c m t ài toán phải lựa ch n đư c phư ng pháp giải hiệu quả. Khả năng hệ th ng, t ng h p, s u chuỗi kiến th c và phư ng pháp của các em h c sinh c n nhiều hạn chế. Trong quá trình giảng dạy thực tế tôi đã ph n loại các ạng ài của đại s t h p v i những ấu hiệu để c thể ch n đư c phư ng pháp phù h p và hiệu quả nhất giúp các em có thể xác định đư c hư ng giải quyết trong các bài toán đại s t h p, đặc iệt các ài toán c li n quan đến nhị th c iu-t n. 3.2.2 Giải pháp th c hi n: 1. Sử dụng ạo hàm giải các bài toán ại số tổ hợp: Các d u hi u nh n bi t sử dụng phương pháp ạo hàm ếu trong t ng ãy t h p, các s hạng ch a các nh n tử 1;2;3;4;...; n;... hoặc các nh n tử 1.2 ;2.3 ;3.4 ;...;(n  1)n ;... và các nh n tử đư c xếp theo th tự tăng hoặc giảm đều theo m t quy lu t nào đ , ta nghĩ t i việc sử ụng đạo hàm. Khi đ , ta thực hiện các ư c sau Bước 1: T m hàm ( nhị th c iu-t n) thích h p. Bước 2 ấy đạo hàm cả hai vế ( vế chưa khai triển nhị th c iu-t n và vế đã khai triển) Bước 3: Cho x nh n giá trị thích h p và ẫn đến kết lu n. S u ây à một số v dụ minh họ : V dụ Tính các t ng sau a) S1  Cn1  2Cn2  3Cn3  ...  nCnn . b) S2  Cn1  2Cn2  3Cn3  4Cn4  ...  k (1)k 1 Cnk  ...  n(1)n1 Cnn 4
Phân tích Ta thấy mỗi s hạng của t ng S1 c ạng kCnk . Để c đư c mỗi s hạng này ta c thể thực hiện phép toán đạo hàm (Cnk x k )'  kCnk x k 1 r i thay giá trị x  1 . hư v y ta cần c m t t ng Cn1 x  Cn2 x 2  Cn3 x3  ...  Cnn x n , do đ ta xuất phát từ nhị th c iu-t n (1  x)n . Lời giải. Khai triển nhị th c iu-t n (1  x)n  Cn0  Cn1 x  Cn2 x2  Cn3 x3  ...  Cnk x k  ...  Cnn x n (1) ấy đạo hàm hai vế của (1) ta đư c n(1  x)n1  Cn1  2Cn2 x  3Cn3 x 2  ...  kCnk x k 1  ...  nCnn x n1 (2) Thay x  1 vào hai vế của (2) ta đư c S1  Cn1  2Cn2  3Cn3  ...  nCnn  n.2n1 . V y S1  n.2n1 . Thay x  1 vào hai vế của (2) ta đư c S2  Cn1  2Cn2  3Cn3  4Cn4  ...  k (1)k 1 Cnk  ...  n(1)n1Cnn  0 V dụ . Tính t ng sau S  Cn1 3n1  2Cn2 3n2  3Cn3 3n3  ...  kCnk 3nk  ...  nCnn . Phân tích Quan sát t ng tr n, ta thấy mỗi s hạng trong t ng c ng xuất hiện ấu hiệu của phép toán lấy đạo hàm tư ng tự như ví ụ 1, mỗi s hạng đều c nh n tử kCnk . goài ra c n ch a nh n tử là l y thừa của 3. V y ta ch n m t nhị th c iu-t n phù h p. Lời giải. Khai triển nhị th c iu-t n (3  x)n  Cn0 3n  Cn1 3n1 x  Cn2 3n2 x2  Cn3 3n3 x3  ...  Cnk 3nk x k  ...  Cnn x n (1) ấy đạo hàm hai vế của (1) ta đư c n(3  x)n1  Cn1 3n1  2Cn2 3n2 x  3Cn3 3n3 x 2  ...  kCnk 3nk x k 1  ...  nCnn x n1 (2) Thay x  1 vào hai vế của (2) ta đư c S  Cn1 3n1  2Cn2 3n2  3Cn3 3n3  ...  kCnk 3nk  ...  nCnn  n.4 n 1 ếu thay x  1 ta c thể tính đư c t ng đan ấu T  Cn1 3n1  2Cn2 3n2  3Cn3 3n3  4Cn4 3n4  ...  k (1) k 1 Cnk 3nk  ...  n(1) n1 Cnn  n.2n1 5
V dụ . Tính t ng sau S  Cn0  2Cn1  3Cn2  4Cn3  ...  (k  1)Cnk  ...  (n  1)Cnn . Phân tích Trong ví ụ 1 và ví ụ 2, th t ng S cần tính không ch a s hạng Cn0 o khi thực hiện phép toán đạo hàm th s hạng này đã ị triệt ti u. Mặt khác mỗi s hạng trong t ng S c ạng (k  1)Cnk . hư v y ta cần tăng c của x th m 1 c trong mỗi s hạng của khai triển nhị th c iu-t n (1  x)n . Lời giải Khai triển nhị th c iu-t n (1  x)n  Cn0  Cn1 x  Cn2 x2  Cn3 x3  ...  Cnk x k  ...  Cnn x n (1) h n cả hai vế của (1) v i x ta đư c x(1  x)n  Cn0 x  Cn1 x 2  Cn2 x3  Cn3 x 4  ...  Cnk x k 1  ...  Cnn x n1 (2) ấy đạo hàm hai vế của (2) ta đư c (1  x)n  nx(1  x)n1  Cn0  2Cn1 x  3Cn2 x 2  ...  (k  1)Cnk x k  ...  (n  1)Cnn x n (3) Thay x  1 vào hai vế của (3) ta đư c S  Cn0  2Cn1  3Cn2  4Cn3  ...  (k  1)Cnk  ...  (n  1)Cnn  2n  n2n1 V y S  2n1 (n  2) . V dụ 4 Tính t ng sau S  C21n  3C23n  5C25n  7C27n  ...  (2n  1)C22nn1 Phân tích Ta thấy trong t ng cần tính các s hạng c ạng kC2kn là ấu hiệu để c thể sử ụng phép toán đạo hàm. Mặt khác các s hạng ch xuất hiện các C2kn v i k lẻ. V y ta cần triệt ti u các s hạng ch a C2kn v i k chẵn trong khai triển nhị th c iu-t n thích h p. Lời giải Khai triển các nhị th c iu-t n sau (1  x)2 n  C20n  C21n x  C22n x 2  C23n x3  ...  C2kn x k  ...  C22nn1x 2 n1  C22nn x 2 n (1) (1  x)2 n  C20n  C21n x  C22n x2  C23n x3  ...  (1)k C2kn x k  ...  C22nn1x 2 n1  C22nn x 2 n (2) Trừ vế v i vế (1) và (2) ta đư c (1  x)2 n  (1  x)2 n  2(C21n x  C23n x3  C25n x5  ...  C22nn1 x2 n1 ) (3) Đạo hàm hai vế của (3) ta đư c 2n(1  x)2 n1  2n(1  x)2 n1  2(C21n  3C23n x 2  5C25n x 4  ...  (2n  1)C22nn1x 2 n2 ) (4) 6
Thay x  1 vào hai vế của (4) ta đư c S  C21n  3C23n  5C25n  7C27n  ...  (2n  1)C22nn1  n.22 n1 . Tư ng tự nếu trong t ng ch g m các s hạng C2kn v i k chẵn th ta c ng vế v i vế của (1) và (2). Nh xét Khi ài toán cho mà s hạng t ng quát không phải là kCnk mà là (k  1)kCnk hoặc k (k  1)Cnk th ta nghĩ t i việc lấy đạo hàm đến cấp hai của các hàm đa th c c ản. Th m chí nếu s hạng t ng quát c ạng (k  2)(k  1)kCnk hoặc (k  1)k (k  1)Cnk th ta sẽ lấy đạo hàm đến cấp a và tùy từng trư ng h p ta c thể phải tăng c của x cho phù h p. V dụ 5 Tính các t ng sau a) S1  1.2Cn2  2.3Cn3  3.4Cn4  ...  (k  1)kCnk ...  (n  1)nCnn b) S2  1.2Cn1  2.3Cn2  3.4Cn3  ...  (k  1)kCnk 1...  n(n  1)Cnn Phân tích: Mỗi s hạng trong t ng S1 c ạng (k  1)kCnk , đ là kết quả của phép lấy đạo hàm đến cấp hai của Cnk x k tại x  1 . Lời giải. Khai triển nhị th c iu-t n (1  x)n  Cn0  Cn1 x  Cn2 x2  Cn3 x3  ...  Cnk x k  ...  Cnn x n (1) ấy đạo hàm hai vế của (1) ta đư c n(1  x)n1  Cn1  2Cn2 x  3Cn3 x 2  ...  kCnk x k 1  ...  nCnn x n1 (2) ấy tiếp đạo hàm hai vế của (2) ta đư c (n  1)n(1  x) n2  1.2Cn2 x  2.3Cn3x  ...  ( k 1) kC nk x k 2 ...  ( n 1) nC nnx n 2 (3) Thay x  1 vào hai vế của (3) ta đư c S1  1.2Cn2  2.3Cn3  3.4Cn4  ...  (k  1)kCnk ...  (n  1)nCnn  (n  1)n.2n2 Tư ng tự để tính t ng S 2 ta c ng thực hiện lấy đạo hàm đến cấp hai, nhưng trư c khi thực hiện lấy đạo hàm cấp hai, ta tăng c của x trong mỗi s hạng l n 2 c. h n hai vế của (2) v i x 2 ta đư c nx2 (1  x)n1  Cn1 x2  2Cn2 x3  3Cn3 x 4  ...  kCnk x k 1  ...  nCnn x n1 (4) 7
Đạo hàm hai vế của (4) ta đư c n  2 x(1  x) n1  (n  1) x 2 (1  x) n2   1.2Cn1 x  2.3Cn2 x 2  3.4Cn3 x3  ...  k (k  1)Cnk x k  ...  n(n  1)Cnn x n (5) Thay x  1 vào hai vế của (5) ta đư c S2  1.2Cn1  2.3Cn2  3.4Cn3  ...  (k  1)kCnk 1...  n(n  1)Cnn  2n2 (n2  3n) V dụ 6 Ch ng minh r ng n   ta có: 12 Cn1  22 Cn2  32 Cn3  ...  n2Cnn  n(n  1)2n2 Phân tích Để tính t ng ở vế trái của đẳng th c tr n, tư ng tự như ví ụ 5 ta c ng thực hiện lấy đạo hàm đến cấp hai và c ng đ y c của x l n h p l để c đư c t ng cần tính. Lời giải Khai triển nhị th c iu-t n (1  x)n  Cn0  Cn1 x  Cn2 x2  Cn3 x3  ...  Cnk x k  ...  Cnn x n (1) ấy đạo hàm hai vế của (1) ta đư c n(1  x)n1  Cn1  2Cn2 x  3Cn3 x 2  ...  kCnk x k 1  ...  nCnn x n1 (2) h n hai vế của (2) v i x ta đư c nx(1  x)n1  Cn1 x  2Cn2 x 2  3Cn3 x3  ...  kCnk x k  ...  nCnn x n (3) Đạo hàm hai vế của (3) ta đư c n(1  x)n1  (n  1)n.x(1  x)n2  12 Cn1  22 Cn2 x  32 Cn3 x 2  ...  n2Cnn x n1 (4) Thay x  1 vào hai vế của (4) ta đư c 12 Cn1  22 Cn2  32 Cn3  ...  n2Cnn  n(n  1)2n2 (Đpcm). V dụ 7 Tìm n   th a mãn: C21n1  2.2C22n1  3.22 C23n1  4.23 C24n1  ...  k.(2)k 1 C2kn1  ...  (2n  1)22 n C22nn11  2005 Phân tích Để tính t ng ở vế trái của đẳng th c tr n ta thấy mỗi s hạng trong t ng c ng xuất hiện thừa s kC2kn1 . Đ y là ấu hiệu để sử ụng phép toán đạo hàm. Lời giải Khai triển nhị th c iu-t n 8
(1  x)2 n1  C20n1  C21n1 x  C22n1 x 2  C23n1 x3  ...  C2kn1 x k  ...  C22nn11x 2 n1 (1) ấy đạo hàm hai vế của (1) ta đư c (2n  1)(1  x)2 n  C21n1  2C22n1 x  3C23n1 x2  ...  kC2kn1 x k 1  ...  (2n  1)C22nn11 x 2 n (2) Thay x  2 vào hai vế của (2) ta đư c C21n1  2.2C22n1  3.22 C23n1  4.23 C24n1  ...  k.(2)k 1 C2kn1  ...  (2n  1)22 n C22nn11  2n  1 Từ giả thiết ta suy ra 2n  1  2005  n  1002 . n  2 V dụ 8 T m hệ s của x trong khai triển nhị th c iu-t n  x 3  2  , 6  x  iết r ng n là s tự nhi n th a mãn 1.2n1 Cn1  2.2n2 Cn2  3.2n3 Cn3  ...  k.2nk Cnk  ...  nCnn  12.3n1 Phân tích Trư c hết ta đi t m n th a mãn giả thiết. Ta đi tính t ng vế trái của đẳng th c tr n. Ta thấy xuất hiện các nh n tử 1, 2, 3, …, k, …, n trong các s hạng của t ng, đ là ấu hiệu sử ụng phép toán đạo hàm để tính t ng. Lời giải. Khai triển nhị th c iu-t n (2  x)n  Cn0 2n  Cn1 2n1 x  Cn2 2n2 x2  Cn3 2n3 x3  ...  Cnk 2nk x k  ...  Cnn x n (1) Đạo hàm hai vế của (1) ta đư c n(2  x)n1  Cn1 2n1  2Cn2 2n2 x  3Cn3 2n3 x 2  ...  kCnk 2nk x k 1  ...  nCnn x n1 (2) Thay x  1 ta đư c 1.2n1 Cn1  2.2n2 Cn2  3.2n3 Cn3  ...  k.2nk Cnk  ...  nCnn  n.3n1 Từ giả thiết ta c n.3n1  12.3n1  n  12 . 3 12  k  2  12 k  3 2 12 12 Xét khai triển nhị th c  x  2    C12 ( x )  2    C12k (2)k x365 k k  x  k 0  x  k 0 S hạng ch a x 6 tư ng ng v i k th a mãn 36  5k  6  k  6 V y hệ s của x 6 trong khai triển tr n là 26 C126 . 2. Sử dụng t ch phân giải các bài toán tổ hợp: Các d u hi u nh n bi t sử dụng phương pháp t ch phân t nh tổng: ếu trong t ng ãy t h p, các s hạng ch a các ph n s 1 1 1 1 1; ; ; ;...; ;... và mẫu s đư c xếp theo th tự tăng hoặc giảm đều theo m t 2 3 4 n 9
quy lu t nào đ , ta nghĩ ngay đến việc sử ụng tích ph n. Khi đ ta thực hiện các ư c sau Bước 1 T m hàm để tính tích ph n v i các c n thích h p. Bước 2 Tính tích ph n trong cả hai vế vế chưa khai triển nhị th c iu- t n và vế đã khai triển. Bước 3 Cho hai kết quả ng nhau và kết lu n. Ch Khi mỗi hệ s trong t ng c ạng bk  a k , ta ch n c n từ a đến , t c là b  f ( x)dx . a 1 1 1 1 1 V dụ Tính t ng sau S  Cn0  Cn1  Cn2  Cn3  ...  Cnk  ...  Cnn 2 3 4 k 1 n 1 1 Phân tích: Mỗi s hạng trong t ng tr n c ạng Cnk , đ là kết quả của k 1 1 1 1 1 phép toán tích phân:  C x dx  k Cnk x k 1  k Cnk . V y để tính t ng S ta k 1 k 1 n 0 0 ch n nhị th c (1  x)n và lấy tích ph n từ 0 đến 1. Lời giải: Ta có (1  x)n  Cn0  Cn1 x  Cn2 x 2  Cn3 x3  ...  Cnk x k  ...  Cnn x n (1) 1 1 Suy ra  (1  x) n dx   (Cn0  Cn1 x  Cn2 x 2  Cn3 x 3  ...  Cnk x k  ...  Cnn x n )dx 0 0 1 1 (1  x) n1  1 1 1 1 1     Cn0 x  Cn1 x 2  Cn2 x 3  Cn3 x 4  ...  Cnk x k 1  ...  Cnn x n1  n 1 0  2 3 4 k 1 n 1 0 2n1  1  0 1 1 1 2 1 3 1 1     Cn  Cn  Cn  Cn  ...  Cnk  ...  Cnn  n 1  2 3 4 k 1 n 1  2n1  1 V y S . n 1 Tư g tự ế t h tổ g đa dấ 1 1 1 (1) k k (1) n n S1  Cn0  Cn1  Cn2  Cn3  ...  Cn  ...  Cn ta cần tính tích ph n 2 3 4 k 1 n 1 1 1 (1  x) n1 1 0     n (1 x ) dx . n 1 0 n 1 10
1 1 1 (1) k k (1) n n 1 Suy ra S1  Cn0  Cn1  Cn2  Cn3  ...  Cn  ...  Cn  2 3 4 k 1 n 1 n 1 22  1 1 23  1 2 2k 1  1 k 2n1  1 n V dụ Tính t ng S  C  0 Cn  Cn  ...  Cn  ...  Cn k 1 n 1 n 2 3 Phân tích: Các s hạng trong t ng c ch a các ph n s , mẫu s đư c xếp theo th tự tăng đều m t đ n vị, ta nghĩ ngay đến việc sử ụng tích ph n. B y gi ta suy nghĩ hàm lấy tích ph n và các c n tích ph n. V s hạng cu i cùng c hệ s 2n 1  1 nên ta iết c n từ 1 đến 2 và t ng không đan ấu n n ta sử ụng n 1 2  (1  x) dx . n 1 Lời giải. Ta có (1  x)n  Cn0  Cn1 x  Cn2 x 2  Cn3 x3  ...  Cnk x k  ...  Cnn x n 2 2 Suy ra  (1  x) n dx   (Cn0  Cn1 x  Cn2 x 2  Cn3 x 3  ...  Cnk x k  ...  Cnn x n )dx 1 1 2 2 (1  x) n1  1 1 1 1     Cn0 x  Cn1 x 2  Cn2 x 3  ...  Cnk x k 1  ...  Cnn x n1  n 1 1  2 3 k 1 n 1 1 3n1  2n1  0 22  1 1 23  1 2 2k 1  1 k 2n1  1 n     Cn  Cn  Cn  ...  Cn  ...  Cn  n 1  2 3 k 1 n 1  3n1  2n1 V y S . n 1 V dụ Cho n * . Ch ng minh r ng 1 1 1 1 1 2Cn0  Cn1 22  Cn2 23  Cn3 24  ...  (1) n Cnn 2n1  1  (1) n  2 3 4 n 1 n 1 Phân tích Vế trái c ch a các ph n s , ta nghĩ ngay đến việc sử ụng tích ph n. 2n 1 V s hạng cu i cùng c hệ s n n ta iết c n tích ph n từ 0 đến 2 và t ng n 1 2 đan ấu n n ta sử ụng  (1  x) n dx . 0 Lời giải. Khai triển (1  x)n  Cn0  Cn1 x  Cn2 x 2  Cn3 x3  ...  (1)k Cnk x k  ...  (1)n Cnn x n 11
Suy ra 2 2  (1  x) n 1  1 0     1  (1) n  (1) n (1 x ) dx    n 1  0 n 1 2  (C  Cn1 x  Cn2 x 2  Cn3 x 3  ...  (1) k Cnk x k  ...  (1) n Cnn x n )dx 0 n 0 2  1 1 1 1   Cn0 x  Cn1 x 2  Cn2 x 3  ...  (1) k Cnk x k 1  ...  (1) n Cnn x n 1   2 3 k 1 n 1 0 1 1 1 1  Cn0 2  Cn1 22  Cn2 23  ...  (1) k Cnk 2k 1  ...  (1) n Cnn 2n 1 (2) 2 3 k 1 n 1 Từ (1) và (2) suy ra 1 1 1 1 1 2Cn0  Cn1 22  Cn2 23  Cn3 24  ...  (1) n Cnn 2n1  1  (1) n  2 3 4 n 1 n 1 V dụ 4 Cho n * . Ch ng minh r ng 1 1 1 3 1 5 1 2 n1 22 n  1 C2 n  C2 n  C2 n ...  C2 n  2 4 6 2n 2n  1 Phân tích Các s hạng trong t ng vế trái xuất hiện ấu hiệu của phép tính tích ph n, nhưng ch ch a các C2kn v i k lẻ. V y ta xét các khai triển để triệt ti u các C2kn v i k chẵn. Lời giải Xét các khai triển (1  x)2 n  C20n  C21n x  C22n x 2  C23n x3  ...  C2kn x k  ...  C22nn x 2 n (1) (1  x)2 n  C20n  C21n x  C22n x 2  C23n x3  ...  (1) k C2kn x k  ...  C22nn x 2 n (2) Trừ vế v i vế (1) và (2) ta đư c (1  x) 2 n  (1  x) 2 n  2(C21n x  C23n x3  ...  C22nn1 x 2 n1 ) (1  x) 2 n  (1  x) 2 n . Suy ra:   C21n x  C23n x3  ...  C22nn1 x 2 n1 2 1 (1  x) 2 n  (1  x) 2 n 1 0 2 dx   (C21n x  C23n x 3  ...  C22nn 1 x 2 n 1 )dx 0 1 1  (1  x) 2 n 1  (1  x) 2 n 1   1 1 2 1 3 4 1      C2 n x  C2 n x  ...  C22nn1 x 2 n   2(2n  1) 0 2 4 2n 0 1 1 1 3 1 2 n 1 22 n  1  C2 n  C2 n  ...  C2 n  2 4 2n 2n  1 12
1 1 1 h n xét ếu phải tính t ng C20n  C22n  C24n ...  C22nn thì ta xét 3 5 2n  1 (1  x)2 n  (1  x) 2 n P( x)   C20n  C22n x 2  C24n x 4  ....  C22nn x 2 n 2 1 22 n Sau đ tính tích ph n  P( x)dx  . 0 2n  1 1 2 1 4 1 22 n Ta đư c C  C2 n  C2 n ...  0 C2 n  2n 2n  1 2n  1 2n 3 5 Bài t p tương t : 2 2 2 4 2 22 n1 1. Cho n * . Ch ng minh r ng 2C  C2 n  C2 n ...  0 C2 n  2n 2n  1 2n  1 2n 3 5 2 2 2  1 1 1  Ta có: 2C20n  C22n  C24n ...  C22nn  2  C20n  C22n  C24n ...  C22nn  3 5 2n  1  3 5 2n  1  Từ kết quả ví ụ 4 ta c điều phải ch ng minh. 2. Cho n * . Ch ng minh r ng 1 0 1 1 1 2 1 1 2n1  1 Cn  Cn  Cn  ...  Cnk  ...  Cnn  3 6 9 3(k  1) 3(n  1) 3(n  1) Ta có: 1 0 1 1 1 2 1 1 Cn  Cn  Cn  ...  Cnk  ...  Cnn 3 6 9 3(k  1) 3(n  1) 1 1 1 1 1    Cn0  Cn1  Cn2  ...  Cnk  ...  Cnn  3 2 3 k 1 n 1  Áp ụng kết quả ví ụ 1 ta c điều phải ch ng minh. 3.Ch ng minh r ng 1 0 1 1 1 2 1 3 (1) k (1) n n 1 Cn  Cn  Cn  Cn  ...  Cn  ...  k Cn  . 2 4 6 8 2(k  1) 2(n  1) 2(n  1) 1 Nh xét Khi ài toán cho mà s hạng t ng quát không phải là Cnk mà là k 1 1 Cnk th ta phải nh n th m x vào hàm đa th c c ản trư c khi tính tích k2 13
1 phân, c n nếu là Cnk th ta phải nh n th m x 2 vào hàm đa th c c ản trư c k 3 khi tính tích ph n,… 1 1 1 1 1 V dụ 5 Tính t ng S  Cn0  Cn1  Cn2  ...  Cnk  ...  Cnn 2 3 4 k 2 n2 Phân tích Các s hạng trong t ng c ch a các ph n s , ta nghĩ đến việc sử 1 ụng tích ph n. V mỗi s hạng c ạng Cnk , n n ta phải nhân thêm x vào k2 1 hàm s c ản trư c khi tính tích ph n. Khi đ ta sử ụng  x(1  x) n dx . 0 Lời giải Xét x(1  x)n  x(Cn0  Cn1 x  Cn2 x 2  Cn3 x3  ...  Cnn x n ) 1 1 1 1  (1  x) n  2 (1  x) n 1  2n 1  1 2n 1  1 0 x(1  x) dx  0 (1  x) dx  0 (1  x) dx   n  2  n  1   n  2  n  1 n n 1 n  0 n2n1  1  (n  1)(n  2) 1 1  x(Cn  Cn x  Cn x  Cn x  ...  Cn x )dx   (Cn x  Cn x  Cn x  Cn x  ...  Cn x )dx 0 1 2 2 3 3 n n 0 1 2 2 3 3 4 n n 1 0 0 1 1 1 1 1 1    Cn0 x 2  Cn1 x 3  Cn2 x 4  Cn3 x 5  ...  Cnn x n  2  2 3 4 5 n2 0 1 1 1 1 1  Cn0  Cn1  Cn2  Cn3  ...  Cnn 2 3 4 5 n2 1 0 1 1 1 2 1 1 n2n1  1 Suy ra S  Cn  Cn  Cn  ...  Cn  ...  k Cn  n . 2 3 4 k 2 n2 (n  1)(n  2) Tư g tự ta t h được tổ g đa dấ : 1 1 1 (1) k k (1) n n S1  Cn0  Cn1  Cn2  ...  Cn  ...  Cn 2 3 4 k 2 n2 1 B ng cách sử ụng tích ph n  x(1  x) dx . n 0 Đặt u  1  x  du  dx Đ i c n x  0  u  1; x  1  u  0 14
Khi đ 1 1 1  u n1 u n 2  1 1 1 0   0    n  1 n  2   n  1  n  2  (n  1)(n  2)  n n x (1 x ) dx (1 u )u du  0 1 0 1 1 1 2 (1) k k (1) n n 1 Suy ra S1  Cn  Cn  Cn  ...  Cn  ...  Cn  . 2 3 4 k 2 n2 (n  1)(n  2) V dụ 6 Cho n * . Ch ng minh r ng 1 1 2 2 3 3 k n (n  1)2n  1 Cn  Cn  Cn  ...  Cnk  ...  Cnn  2 3 4 k 1 n 1 n 1 Phân tích Vế trái c ch a các ph n s , ta nghĩ đến việc sử ụng tích ph n. k  1  k B ng cách ph n tích s hạng t ng quát Cnk  1   Cn , cho ta t ng k 1  k 1 1 1 1 1  (Cn1  Cn2  Cn3  ...  Cnn )   Cn1  Cn2  Cn3  ...  Cnn  . Từ đ ta sử ụng 2 3 4 n 1  1 2   (1  x) n dx . n 0 k  1  k Lời giải Cách 1: Xét s hạng t ng quát ở vế trái Cnk  1   Cn v i k 1  k 1 k  0,1,2,..., n . 1 1 2 2 3 3 k n Do đ Cn  Cn  Cn  ...  Cnk  ...  Cnn  2 3 4 k 1 n 1 1 1 1 1  = (Cn1  Cn2  Cn3  ...  Cnn )   C1n  Cn2  Cn3  ...  Cnn  2 3 4 n 1  1 2n1  1 ( n  1)2 n 1 = 2   (1  x) dx  2  n n  n . 0 n 1 n 1 Cách 2: Xét (1  x)n  Cn0  Cn1 x  Cn2 x 2  Cn3 x3  ...  Cnn x n (1) ấy đạo hàm hai vế của (1) ta đư c n(1  x)n1  Cn1  2Cn2 x  3Cn3 x 2  ...  nCnn x n1 (2) Nh n hai vế của (2) v i x ta đư c nx(1  x)n1  Cn1 x  2Cn2 x 2  3Cn3 x3  ...  nCnn x n (3) Ta có 15
1 1  nx(1  x) dx  n  (1  x)  (1  x) dx n 1 n n 1 0 0 1  (1  x) n1 (1  x) n  n (n  1)2n  1  n   (2  1)  (2  1)  n 1 n  n 1 n  0 n  1 n 1 1   C x  2C x 2  3Cn3 x3  ...  nCnn x n dx  Cn1  Cn2  Cn3  ...  1 2 1 2 3 n Cnn n 1 n n 0 2 3 4 1 1 2 2 3 3 k n (n  1)2n  1 Từ (3) suy ra Cn  Cn  Cn  ...  Cnk  ...  Cnn  2 3 4 k 1 n 1 n 1 V dụ 7 Cho n * . Ch ng minh r ng 1 1 1 1 (1)n Cn  Cn  0 Cn  ...  (1) Cn  2 n n n 1 n n 1 n 1 Phân tích Các s hạng ở vế trái ch a các ph n s v i mẫu giảm ần và t ng 1 đan ấu, n n ta sử ụng  ( x  1) dx n . 0 Lời giải Ta có ( x  1)n  Cn0 xn  Cn1 x n1  Cn2 x n2  Cn3 x n3  ...  (1)k Cnk x nk ...  Cnn (1)n (1) 1 1 ( x  1)n1 (1) n Khi đ  ( x  1) dx  n  . 0 n 1 0 n 1 1  C x n  Cn1 x n 1  Cn2 x n 2  Cn3 x n 3  ...  (1) k Cnk x n k ...  Cnn (1) n dx 0 n 0 1  1 1 1 1   Cn0 x n 1  Cn1 x n  Cn2 x n 1  Cn3 x n 2  ...  Cnn (1) n x  n 1 n n 1 n2 0 1 1 1 1  Cn0  Cn1  Cn2  Cn3  ...  Cnn (1) n n 1 n n 1 n2 1 1 1 1 (1)n V y ta c Cn  Cn  0 Cn  ...  (1) Cn  2 n n . n 1 n n 1 n 1 Bài t p tương t : 1 2 1 4 1 1. Tính t ng S  C2015 0  C2015  C2015  ...  2014 C2015 3 5 2015 2. Cho n * . Ch ng minh r ng 16
1 1 1 3n1  1 2Cn0  Cn1 22  Cn2 23  ...  Cnn 2n1  2 3 n 1 n 1 1 1 1 1 3. Tính t ng S  Cn0  Cn1  Cn2  ...  Cnn 3 4 5 n3 1 1 1 1 4. Tính t ng Cn0  Cn1  Cn2  ...  Cnk  ...  Cnn n 1 n n 1 n  k 1 5. Tìm n * th a mãn C21n1 22 n  2C22n1 3.22 n1  3C23n1 3222 n2  4C24n1 3322 n3  ...  (2n  1)C22nn11 32 n  2009 32  1 1 33  1 2 3k 1  1 k 3n1  1 n 6. Tính t ng S  Cn0  Cn  Cn  ...  Cn  ...  Cn 2 3 k 1 n 1 7. Cho n * . Ch ng minh r ng a) 1.Cn0  2.Cn1  3.Cn2  ...  (n  1)Cnn  (n  2).2n1 b) 2.1.Cn2  3.2.Cn3  ...  n(n  1)Cnn  n(n  1).2n2 c) C101  2.9.C102  3.92.C103  ...  9.98.C109  10.99.C1010  1010 8. T m s nguy n ư ng n sao cho 1 0 0 1 1 1 1 32012  1 Cn 2  Cn 2  ...  Cn 2  n n 1 2 n 1 4024 26 0 25 1 24 2 23 3 22 4 21 5 20 6 9. Tính t ng T  C6  C6  C6  C6  C6  C6  C6 1 2 3 4 5 6 7 0 1 n 1 1 1 1 10. Tính t ng S  1.  .Cn1  2   .Cn2  ...  n   .Cnn 2 2  2 1 1 1  1 1 11. Tính t ng S  Cn1.  Cn2 .  ...  (1) n1.Cnn .  1   ...   1 2 n  2 n 1.Cn0 2.Cn1 3.Cn2 (n  1).Cnn 12. Tính t ng S  1  1  1  ...  1 , iết Cn0  Cn1  Cn2  211 A1 A2 A3 An1 1 1 1  HD : Phân tích S  (Cn0  Cn1  Cn2  ...  Cnn )   Cn1  Cn2  ...  Cnn  . 2 3 n 1  4 K t quả hi u quả m ng ại Qua thực tế áp ụng tôi nh n thấy các em h c sinh đã iết v n dụng m t cách linh hoạt phư ng pháp đạo hàm và tích phân vào từng ài toán cụ thể và t 17
ra h ng thú v i phư ng pháp này. Không những thế các em còn biết áp dụng v i nhiều kiểu bài khác nhau khi cho làm kết h p v i các ạng ài t p khác. +) Bảng t ng h p điểm các ài kiểm tra đ i ch ng (ĐC) và trong quá tr nh thực nghiệm (T ). Loại bài Phương Tổng Số bài ạt i m trung bình (0  10) i m tr án bài 0 2 >2 3,5 5 6,5 8  10 < 3,5
Tài i u th m hảo 1.Tài liệu giáo khoa theo chư ng tr nh n ng cao và sách giáo khoa chuy n toán. 2.Tạp chí toán h c và tu i trẻ 3.Các ài thi Olympic toán T PT Việt am và các đề thi đại h c. 4.Mạng Internet. 19
ĐÁNH GIÁ NHẬN XẾT CỦA HỘI ĐỒNG THẨM ĐỊNH SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM TRƯỜNG THPT CHUYÊN LÊ QUÝ ĐÔN …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………. ĐÁNH GIÁ NHẬN XẾT CỦA HỘI ĐỒNG THẨM ĐỊNH SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TỈNH ĐIỆN BIÊN …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………..... 20