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二項定理とパスカルの三角形

📖 言葉で読む:二項定理 →反復試行の確率(二項分布) →順列と組合せ →
二項定理とパスカルの三角形全3問
??(a+b)³ =a³a²bab²b³+++
① 考えてみよう

(a+b)3(a+b)^3 を展開すると a3+□a2b+□ab2+b3a^3+\Box a^2 b+\Box ab^2+b^3 の形になるよ。両はしの係数は1だね。でも真ん中の?の数、まじめに3回かけ算しないと出せないかな?

テキストで読む

アニメを見なくても、このページの流れを最後まで文章で追えるよ。

  1. ① 考えてみよう
  2. 1

    (a+b)3(a+b)^3 を展開すると a3+□a2b+□ab2+b3a^3+\Box a^2 b+\Box ab^2+b^3 の形になるよ。両はしの係数は1だね。でも真ん中の?の数、まじめに3回かけ算しないと出せないかな?

  3. 2

    実は係数は、かけ算しなくても「ある三角形」を作るだけで分かるんだ。1から始めて足し算で下に伸ばしていく、パスカルの三角形だよ。

  4. ② 考え方
  5. 3

    てっぺんは1。次の段は両はしが1。それぞれの段の両はしはいつも1だよ。まず3段目まで並べてみよう。

  6. 4

    中の数は「すぐ上の左右2つの和」で決まる。3段目の真ん中は、上の 1+1=21+1=2 だね。同じ色の2つを足すと、その下の数になるよ。

  7. 5

    同じやり方で4段目。両はしは1、中は 1+2=31+2=3 と 2+1=32+1=3。これで 1 3 3 11\ 3\ 3\ 1 ができたね。?の正体は両方とも3だったんだ。

  8. ③ 解答
  9. 6

    この4段目 1 3 3 11\ 3\ 3\ 1 が、そのまま係数になる。だから (a+b)3=a3+3a2b+3ab2+b3(a+b)^3=a^3+3a^2b+3ab^2+b^3。三角形が各単項式の真上にのっているのが見えるね。

  10. 7

    見つけるコツ: (a+b)n(a+b)^n の係数は、パスカルの三角形の n+1n+1 段目(てっぺんが1段目)=nCk_nC_k。「nn 個の (a+b)(a+b) から bb を kk 個選ぶ場合の数」だから組合せそのもの。三角形1つで係数が読めるよ。

答案の書き方(記述例)

解き方がわかったら、次は答案に書く番。テストの解答用紙には、こんなふうに書けば伝わるよ。

(a+b)3=(a+b)(a+b)(a+b)(a + b)^3 = (a + b)(a + b)(a + b) を展開すると、3つの因数 (a+b)(a + b) のそれぞれから aa か bb を1つずつ選んで掛けた項がすべて現れる。

a2ba^2 b の項は、3つの因数のうち bb を選ぶ1つを決めると決まるので、その個数は 3C1=3{}_3\mathrm{C}_1 = 3

ab2ab^2 の項は、bb を選ぶ2つを決めると決まるので、その個数は 3C2=3{}_3\mathrm{C}_2 = 3

a3a^3 と b3b^3 の項は、それぞれ 3C0=1{}_3\mathrm{C}_0 = 1 個、3C3=1{}_3\mathrm{C}_3 = 1 個である。

よって (a+b)3=a3+3a2b+3ab2+b3(a + b)^3 = a^3 + 3a^2 b + 3ab^2 + b^3

係数 11、33、33、11 は、パスカルの三角形の4段目と一致する。

答え a2ba^2 b と ab2ab^2 の係数は、どちらも 33

減点されやすいポイント

係数が組合せ 3Ck{}_3\mathrm{C}_k になる理由(3つの (a+b)(a + b) から bb を kk 個選ぶ)を書いておくと、パスカルの三角形を使った答えにも根拠がつくよ。真ん中にも係数がつかないと思って「1 と 1」としたり、(a+b)2(a + b)^2 の係数(三角形の3段目の 11、22、11)に引っ張られて「2 と 2」としたりするのが定番のまちがいだね。(a+b)n(a + b)^n の係数は n+1n + 1 段目、と確かめてから読もう。

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