Sổ tay cá nhân

Tạo bởi: nguyen-ngo-anh-tuan
Danh sách câu hỏi trong sổ
0
phiếu
0đáp án
25K lượt xem

SỬ DỤNG CÔNG CỤ ĐẠO HÀM TRONG GIẢI TOÁN TỔ HỢP


I. PHƯƠNG PHÁP

Bắt đầu từ những khai triển Newton:
a) (1+x)n=C0n+C1nx+C2nx2+...+Cnnxn
[(1+x)n]=[C0n+C1nx+C2nx2+...+Cnnxn]n(1+x)n1=C1n+C2n.2x+...+Cnn.nxn1

b) (1x)n=C0nC1nx+C2nx2...+(1)nCnnxn
[(1x)n]=[C0nC1nx+C2nx2...+(1)nCnnxn]n(1x)n1=C1n+C2n.2x...+(1)nCnn.nxn1

c) (x+1)n=C0nxn+C1nxn1+C2nxn2+...+Cn1nx+Cnn
[(x+1)n]=[C0nxn+C1nxn1+C2nxn2+...+Cn1nx+Cnn]n(x+1)n1=C0nnxn1+C1n(n1)xn2+C2n(n2)xn3+...+Cn1n

d) (x1)n=C0nxnC1nxn1+C2nxn2...+(1)n1Cn1nx+(1)nCnn
[(x1)n]=[C0nxnC1nxn1+C2nxn2...+(1)n1Cn1nx+(1)nCnn]n(x1)n1=C0nnxn1C1n(n1)xn2+C2n(n2)xn3...+(1)n1Cn1n

Hoặc đạo hàm đến cấp 2:
n(n1)(1+x)n2=C2n.2.1+C3n.3.2x+...+Cnnn(n1)xn2
n(n1)(1x)n2=C2n.2.1C3n.3.2x+C4n.4.3x2...+(1)nCnnn(n1)xn2
n(n1)(x+1)n2=C0nn(n1)xn2+C1n(n1)(n2)xn3+...Cn3n.3.2x+Cn2n.2.1
n(n1)(x1)n2=C0nn(n1)xn2C1n(n1)(n2)xn3+...
                                                                +(1)n3Cn3n.3.2x+(1)n2Cn2n.2.1

-  Tùy thuộc từng bài mà thế số mũ n, giá trị x và một trong các công thức trên cho phù hợp.
-  Nếu mất những số hạng đầu (C0n,C1n) ta sử dụng các công thức chứa (1+x) nếu tổng không đan dấu, chứa (1x) nếu tổng đan dấu. Nếu mất những số hạng sau (Cnn,Cn1n) ta sử dụng các công thức chứa (x+1) nếu tổng không đan dấu, chứa (x1) nếu tổng đan dấu.
-  Nếu mất một số hạng thì ta đạo hàm cấp 1, nếu mất 2 số hạng thì ta đạo hàm cấp 2.

Ta sẽ bàn phân tích kỹ cách áp dụng của phương pháp này trong từng bài toán cụ thể.

II. BÀI TẬP
Bài 1:

Chứng minh nk=13k1.kCkn=n.4n1
Phân tích: trong tổng có tổ hợp của n, mất C0n và tổng không đan dấu nên ta sử dụng (1+x)n, đạo hàm cấp 1.
Giải:
Ta có:
     (1+x)n=C0n+C1nx+C2nx2+...+Cnnxn
[(1+x)n]=[C0n+C1nx+C2nx2+...+Cnnxn]n(1+x)n1=C1n+C2n.2x+...+Cnn.nxn1
Thế x=3 ta được n.4n1=C1n+C2n.2.3+...Cnn.n.3n1=nk=1k.3k1Ckn

Bài 2:
Chứng minh rằng C1n+2C2n+3C3n+...+nCnn=n.2n1
Phân tích: trong tổng có tổ hợp của n, mất C0n và tổng không đan dấu nên ta sử dụng (1+x)n, đạo hàm cấp 1.
Giải:
(1+x)n=C0n+C1nx+C2nx2+...+Cnnxn
[(1+x)n]=[C0n+C1nx+C2nx2+...+Cnnxn]n(1+x)n1=C1n+C2n.2x+...+Cnn.nxn1
Thay x=1, ta có điều phải chứng minh.

Bài 3:
Chứng minh: 2.1C2n+3.2C3n+4.3C4n+...+n(n1)Cnn=n(n1).2n2
Phân tích: trong tổng có tổ hợp của n, mất C0n,C1n và tổng không đan dấu nên ta sử dụng (1+x)n, đạo hàm cấp 2.
Giải:
     (1+x)n=C0n+C1nx+C2nx2+...+Cnnxn
[(1+x)n]=[C0n+C1nx+C2nx2+...+Cnnxn]n(n1)(1+x)n2=C2n.2.1+C3n.3.2x+...+Cnnn(n1)xn2
Thay x=1 vào đẳng thức cuối ta có điều phải chứng minh.

Bài 4:
Chứng minh 1C1n2C2n+3C3n...+(1)n1nCnn=0
Phân tích: trong tổng có tổ hợp của n, mất C0n và tổng đan dấu nên ta sử dụng (1x)n, đạo hàm cấp 1.
Giải:
    (1x)n=C0nC1nx+C2nx2...+(1)nCnnxn
[(1x)n]=[C0nC1nx+C2nx2...+(1)nCnnxn]n(1x)n1=C1n+C2n.2x...+(1)nCnn.nxn1
Hay C1nC2n.2x+C3n.3x2...+(1)n1Cnn.nxn1=n(1x)n1
Thay x=1 ta có điều phải chứng minh.

Bài 5:
Chứng minh nC0n(n1)C1n+(n2)C2n(n3)C3n+...+(1)n1Cn1n=0
Phân tích: trong tổng có tổ hợp của n, mất Cnn và tổng đan dấu nên ta sử dụng (x1)n, đạo hàm cấp 1.
Giải:
     (x1)n=C0nxnC1nxn1+C2nxn2...+(1)n1Cn1nx+(1)nCnn
[(x1)n]=[C0nxnC1nxn1+C2nxn2...+(1)n1Cn1nx+(1)nCnn]n(x1)n1=C0nnxn1C1n(n1)xn2+C2n(n2)xn3...+(1)n1Cn1n
Thay x=1 ta có điều phải chứng minh.

Bài 6:
Chứng minh n(n1)2n2=n(n1)C0n+(n1)(n2)C1n+...+2Cn2n.
Phân tích: trong tổng có tổ hợp của n, mất Cn1n,Cnn và tổng không đan dấu nên ta sử dụng (x+1)n, đạo hàm cấp 2.
Giải:
 (x+1)n=C0nxn+C1nxn1+C2nxn2+...+Cn1nx+Cnn
[(x+1)n]=[C0nxn+C1nxn1+C2nxn2+...+Cn1nx+Cnn] hay
n(n1)(x+1)n2=C0nn(n1)xn2+C1n(n1)(n2)xn3+...Cn3n.3.2x+Cn2n.2.1
Thay x=1 ta có điều phải chứng minh.

Bài 7:
Tính A=C112+2C212+3C312+...+12C1212.
Phân tích: trong tổng có tổ hợp của 12, mất C012 và tổng không đan dấu nên ta sử dụng (1+x)12.
Giải:
 (1+x)12=C012+C112x+C212x2+...+C1212x12
[(1+x)12]=[C012+C112x+C212x2+C312x3+...+C1212x12]12(1+x)11=C112+2C212x+3C312x2...+12C1212x11
Thay x=1 ta được A=12.211.

Bài 8:
Chứng minh:
(1)n1C1n+(1)n2.2.2C2n+...+(1)nk.k.2k1Ckn+...+n.2n1Cnn=n
Phân tích: do 1 đi kèm với lũy thừa, giữa các số hạng là dấu + nên ta xem như tổng không đan dấu, chứa tổ hợp của n, mất C0n. Ta sử dụng (1+x)n, đạo hàm cấp 1.
Giải:
(1+x)n=(1)nC0n+(1)n1C1nx+(1)n2C2nx2+...+(1)nkCknxk+...+Cnnxn
[(1+x)n]=[(1)nC0n+(1)n1C1nx+(1)n2C2nx2+...+(1)nkCknxk+...+Cnnxn]
n(1+x)n1=(1)n1C1n+(1)n22C2nx+...+(1)nkkCknxk1+...+nCnnxn1
Thay x=2 ta có điều phải chứng minh.

Bài 9:
Chứng minh
n4n1C0n(n1)4n2C1n+(n2)4n3C2n...+(1)n1Cn1n=C1n+2.2C2n+...n.2n1Cnn
Phân tích: vế trái chứa tổ hợp của n, đan dấu, mất Cnn nên ta sử dụng (x1)n, đạo hàm cấp 1. Vế phải cũng chứa tổ hợp của n nhưng không đan dấu, mất C0n nên ta sử dụng (1+x)n, đạo hàm cấp 1.
Giải:
(x1)n=C0nxnC1nxn1+C2nxn2...+(1)n1Cn1nx+(1)nCnn
[(x1)n]=[C0nxnC1nxn1+C2nxn2...+(1)n1Cn1nx+(1)nCnn]n(x1)n1=C0nnxn1C1n(n1)xn2+C2n(n2)xn3...+(1)n1Cn1n
Thay x=4 ta được
n3n1=n4n1C0n(n1)4n2C1n+(n2)4n3C2n...+(1)n1Cn1n           (1)
(1+x)n=C0n+C1nx+C2nx2+...+Cnnxn
[(1+x)n]=[C0n+C1nx+C2nx2+...+Cnnxn]n(1+x)n1=C1n+C2n.2x+...+Cnn.nxn1
Thay x=2 ta được n3n1=C1n+2.2C2n+...n.2n1Cnn        (2)
Từ (1) và (2) ta có điều phải chứng minh.

Bài 10:
Chứng minh C0n+2C1n+3C2n+...+(n+1)Cnn=(n+2)2n1
Phân tích: tổng chứa tổ hợp của n, không đan dấu, hệ số gắn với Cnn lớn nhất nên ta sử dụng (1+x)n.
Thông thường là kCkn song ở đây lại là (k+1)Ckn, hệ số đầu chênh lệch hơn 1 đơn vị nên ta nhân thêm 2 vế với x.
Giải:
x(1+x)n=C0nx+C1nx2+C2nx3+...+Cnnxn+1
Đạo hàm 2 vế ta được
(nx+x+1)(1+x)n1=C0n+2C1nx+3C2nx2+...+(n+1)Cnnxn
Thế x=1 ta có điều phải chứng minh.

Bài 11:
Chứng minh (n+4)2n1=2C0n+3C1n+4C2n+...+(n+2)Cnn
Phân tích: tương tự như bài trên nhưng độ chênh lệch ở đây là 2 nên ta nhân thêm x2 trước khi đạo hàm.
Giải:
x2(1+x)n=C0nx2+C1nx3+C2nx4+...+Cnnxn+2
Đạo hàm 2 vế ta được
2x(1+x)n+nx2(1+x)n1=2C0nx+3C1nx2+4C2nx3+...+(n+2)Cnnxn+1
Thay x=1 ta được
      2n+1+n.2n1=2C0n+3C1n+4C2n+...+(n+2)Cnn
(n+4)2n1=2C0n+3C1n+4C2n+...+(n+2)Cnn

Bài 12:
Với nZ+, n>2, chứng minh
C0n2C1n+3C2n...+(1)n(n+1)Cnn=0
Giải:
x(1x)n=C0nxC1nx2+C2nx3...(1)nCnnxn+1
Đạo hàm 2 vế ta được
(1x)nnx(1x)n1=C0n2C1nx+3C2nx2...+(1)n(n+1)Cnnxn
Thay x=1 ta có điều phải chứng minh.

Bài 13:
Với nZ+, n>2, chứng minh
(n+2)C0n(n+1)C1n+nC2n...+(1)n2Cnn=0
Giải:
x2(x1)n=C0nxn+2C1nxn+1+C2nxn...+(1)nCnnx2
Đạo hàm 2 vế ta được
2x(x1)n+nx2(x1)n1=(n+2)C0nxn+1(n+1)C1nxn+nC2nxn1...+(1)n.2Cnnx
Thế x=1 ta có điều phải chứng minh.

Bài 14:
Tính S=12C1n+22C2n+32C3n+...+n2Cnn.
Phân tích: tổng mất C0n, không đan đấu, n gắn với Cnn nên ta sẽ sử dụng (1+x)n đạo hàm. Sau đạo hàm các hệ số là kCkn, nhưng hệ số đề ra lại là k2Ckn, ta phải đạo hàm lần nữa nhưng lại không được mất C1n nên ta nhân thêm 2 vế với x trước khi đạo hàm.
Giải:
(1+x)n=C0n+C1nx+C2nx2+...+Cnnxn
Đạo hàm 2 vế ta được
n(1+x)n1=C1n+C2n.2x+...+Cnn.nxn1
Nhân 2 vế với x
nx(1+x)n1=C1nx+C2n.2x2+...+Cnn.nxn
Đạo hàm 2 vế lần nữa ta được
n(1+x)n1+n(n1)x(1+x)n2=C1n+C2n22x+...+Cnnn2xn1
Thế x=1 ta được
n.2n1+n(n1)2n2=S
Hay S=n(n+1)2n2

Bài tập tự giải:
Bài 1:

Tính tổng S=C02012+2C12012+3C22012+...+2013C20122012
Bài 2:
Tính S=2012.2011C020122011.2010C12012+2010.2009C22012...+2.1C20102012
Bài 3:
Tính
S=2012.32011C020122011.32010C12012+2010.32009C22012...+2.3C20102012C20112012
Bài 4:
Tính S=12C12012+22C22012+...+20122C20122012

SỬ DỤNG CÔNG CỤ ĐẠO HÀM TRONG GIẢI TOÁN TỔ HỢP

SỬ DỤNG CÔNG CỤ ĐẠO HÀM TRONG GIẢI TOÁN TỔ HỢP I. PHƯƠNG PHÁP Bắt đầu từ những khai triển Newton: a) (1+x)n=C0n+C1nx+C2nx2+...+Cnnxn $\begin{array} \Rightarrow {\left[ {{{\left( {1 + x}...