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二項式定理計算機(展開、特定項的係數、巴斯卡三角形)

請輸入要展開的式子 (Ax+B)ⁿ 的 A、B、n。下方的數學式和輸入欄是連動的,直接改寫數學式也能計算。要展開所有的項,還是只求特定的一項,可以在「要求的內容」中選擇。

請用半形輸入數字。可以使用小數、負數和 3/4 這樣的分數。指數 n 為 0 以上、12 以下的整數。
計算結果與圖形
在左邊的輸入欄填入係數和指數,按下「計算」,這裡就會顯示展開後的式子和巴斯卡三角形。

這個頁面可以做什麼

  • 用二項式定理展開 \((Ax+B)^{n}\)(\(n\) 為 0~12),當場顯示依降冪排列的式子
  • 只想知道 \(x^{3}\) 的係數時,可以指定 \(x\) 的指數(或從第一項算起的第幾項),只求那一項
  • 只求一項時,也會顯示二項式係數 \(C^{n}_{k}\) 的值,以及代入 \(\dfrac{n!}{k!\,(n-k)!}\) 的計算過程
  • 畫出到第 \(n\) 列的巴斯卡三角形,並把用到的那一列標上顏色
  • \(A\)、\(B\) 除了小數、負數,也能輸入像 3/4 這樣的分數。係數會保留分數並約分,精確計算
  • 淺顯易懂的公式解說,以及可直接複製到 Excel、Google 試算表、Python 的公式,也都整理在這個頁面
可以處理的是 \((Ax+B)^{n}\) 的形式(\(n\) 為 0 以上、12 以下的整數)。不支援指數是分數或負數的情況(廣義二項式定理),也不支援 3 個以上的項的展開(多項式定理)。

這個計算有什麼用?

求「n 次中發生 k 次的機率」(品管、民調、臨床試驗)

每次的機率都是 \(p\) 而且不會改變、各次結果互不影響的試驗重複 \(n\) 次時,剛好發生 \(k\) 次的機率是 \(C^{n}_{k} p^{k}(1-p)^{n-k}\)。這正是用二項式定理展開 \((p + (1-p))^n\) 的其中一項,這種機率分布叫做二項分布。
例如從不良率一直是 3% 的生產線抽出 10 個,1 個不良品都沒有的機率是 \(k = 0\) 的項 \(0.97^{10} \approx 0.737\),也就是約 74%。反過來說,檢查 10 個大約有 26% 的機率會發現不良品。決定抽驗個數、估計民調的誤差範圍、判斷新藥是否有效,背後都是同樣的想法。

計算遺傳中「出現在子代的比例」(生物、農業)

父母的基因組合都是 \(\mathrm{Aa}\) 時,子代的基因型會以 \(\mathrm{AA} : \mathrm{Aa} : \mathrm{aa} = 1 : 2 : 1\) 的比例出現。這個 1、2、1 是因為父母各以 \(\dfrac{1}{2}\) 的機率傳下 \(\mathrm{A}\) 或 \(\mathrm{a}\):\(\left(\dfrac{1}{2}\mathrm{A} + \dfrac{1}{2}\mathrm{a}\right)^{2} = \dfrac{1}{4}\left(\mathrm{AA} + 2\,\mathrm{Aa} + \mathrm{aa}\right)\),正是二項式係數,和巴斯卡三角形 \(n = 2\) 那一列的數相同。
要看的性狀變多、或依子女人數細分時,手算就很難追蹤了。像「4 個兄弟姊妹中剛好 2 個出現某性狀的機率」這種問題,用二項式定理一步就能算出。品種改良和遺傳諮詢,就是用這種方式估計預期的比例。

「大略」估算複利和成長率(理財、經濟)

以年利率 \(r\) 投資 \(n\) 年的倍率 \((1+r)^{n}\),用二項式定理展開是 \(1 + nr + C^{n}_{2} r^{2} + \cdots\)。前面的 \(1 + nr\) 是單利,後面的部分是「利滾利」。
例如年利率 1%、10 年是 \(1.01^{10} = 1.10462\cdots\),但只取展開的前 3 項 \(1 + 0.1 + 0.0045\) 就得到 1.1045,幾乎一樣。後面的項越來越小,所以很適合用來心算估計。利率、通膨率、人口成長率等每年以相同百分比增加的東西,都是這種形式。

估算微小變化的影響(工程、物理、測量)

在設計或測量的現場,常需要很快知道「某個量稍微改變時,結果會變多少」。用二項式定理展開後,把很小的平方以上的項捨去,就得到近似式 \((1+x)^{n} \approx 1 + nx\)。
例如正方體每邊長 1% 時,體積變成 \((1+0.01)^{3} = 1.030301\) 倍,也就是約增加 3%。用近似式算是 \(1 + 3 \times 0.01 = 1.03\),幾乎相同。「長度誤差 1%,體積誤差約 3%」這個經驗法則,直接用在訂定零件公差和估計測量誤差上。

計算選擇的總數(組合、方法數)

對 \(n\) 種東西自由決定「選或不選」時,組合的總數是 \(2^{n}\) 種。這就是在二項式定理中令 \(a = b = 1\) 的式子 \(\sum_{k=0}^{n} C^{n}_{k} = 2^{n}\),也是巴斯卡三角形每一列的總和。
例如手搖飲料店有 5 種加料(珍珠、椰果、仙草、布丁、粉粿),連什麼都不加也算在內,共有 \(2^{5} = 32\) 種點法。而且看那一列的數,還能知道「剛好加 2 種料的點法有 \(C^{5}_{2} = 10\) 種」這樣的細目。菜單的組合數、問卷的作答模式、軟體測試案例的列舉等,凡是要計算選擇的場合都廣泛用到這個想法。

公式與圖示

二項式定理
圖示
數學寫法 (一般的數學式)
\((a+b)^{n}\) \(=\) \(\displaystyle\sum_{k=0}^{n}\) \(C^{n}_{k}\) \(a^{n-k}\) \(b^{k}\)
文字寫法 (把符號換成文字的公式)
⑤ \((a+b)^n\):把 \((a+b)\) 連乘 \(n\) 個 \(=\) ④ 選取 \(b\) 的個數 \(k\) 從 0 個變到 \(n\) 個,全部加起來 ① \(C^{n}_{k}\):從 \(n\) 個中選 \(k\) 個的方法數 ② \(a^{n-k}\):\((n-k)\) 個 \(a\) 相乘 ③ \(b^{k}\):\(k\) 個 \(b\) 相乘
用文字讀公式
① 把 \(C^{n}_{k}\):從 \(n\) 個中選 \(k\) 個的方法數
② 乘以 \(a^{n-k}\):\((n-k)\) 個 \(a\) 相乘
③ 再乘以 \(b^{k}\):\(k\) 個 \(b\) 相乘 ,
④ 然後 選取 \(b\) 的個數 \(k\) 從 0 個變到 \(n\) 個,全部加起來 ,
⑤ 就得到 \((a+b)^n\):把 \((a+b)\) 連乘 \(n\) 個
簡單範例
展開 \((a+b)^{3}\)(係數 1、3、3、1 是 \(C^{3}_{0}\) 到 \(C^{3}_{3}\) 的值):
把 \((a+b)\) 連乘 3 個 \(=\) 選取 \(b\) 的個數 \(k\) 從 0 個變到 3 個,全部加起來 從 3 個中選 \(k\) 個的方法數 \((3-k)\) 個 \(a\) 相乘 \(k\) 個 \(b\) 相乘
\((a+b)^{3} = C^{3}_{0}a^{3} + C^{3}_{1}a^{2}b + C^{3}_{2}ab^{2} + C^{3}_{3}b^{3}\)
\(= a^{3} + 3a^{2}b + 3ab^{2} + b^{3}\)
思考重點
\((a+b)^n\) 的意思是「把 \((a+b)\) 這個括號排 \(n\) 個相乘」。展開時,從每個括號中選 \(a\) 或 \(b\) 其中一個相乘,再把所有選法的結果加起來。 「\(n\) 個括號中,從哪 \(k\) 個選 \(b\)」的選法有 \(C^{n}_{k}\) 種。所以同樣形式的項 \(a^{n-k}b^{k}\) 會出現 \(C^{n}_{k}\) 次,合併後的係數就是 \(C^{n}_{k}\)。這就是二項式定理的內容。(\(C^{n}_{k}\) 在國外的書上也常寫成 \(\binom{n}{k}\)。) 上方的圖是用正方形的面積表示 \((a+b)^2\)。\(ab\) 的長方形有 2 個,所以是 \(2ab\),可以親眼看到係數 1、2、1。
一般項(第 \(k+1\) 項)
圖示
數學寫法 (一般的數學式)
\(T_{k+1}\) \(=\) \(C^{n}_{k}\) \(a^{n-k}\) \(b^{k}\)
文字寫法 (把符號換成文字的公式)
④ \(T_{k+1}\):展開式的第 \(k+1\) 項 \(=\) ① \(C^{n}_{k}\):從 \(n\) 個中選 \(k\) 個的方法數 ② \(a^{n-k}\):\((n-k)\) 個 \(a\) 相乘 ③ \(b^{k}\):\(k\) 個 \(b\) 相乘
用文字讀公式
① 把 \(C^{n}_{k}\):從 \(n\) 個中選 \(k\) 個的方法數
② 乘以 \(a^{n-k}\):\((n-k)\) 個 \(a\) 相乘
③ 再乘以 \(b^{k}\):\(k\) 個 \(b\) 相乘 ,
④ 就得到 \(T_{k+1}\):展開式的第 \(k+1\) 項
簡單範例
\((2x+3)^{5}\) 的第 3 項(\(k = 2\)),設 \(a = 2x\)、\(b = 3\):
第 3 項 \(T_{3}\) \(=\) 從 5 個中選 2 個的方法數 3 個 \(2x\) 相乘 2 個 3 相乘
\(T_{3} = C^{5}_{2}(2x)^{3}\cdot 3^{2} = 10 \times 8x^{3} \times 9 = 720x^{3}\)
思考重點
二項式定理最容易出錯的地方,是項的編號和 \(k\) 差 1。\(k = 0\) 的項是第 1 項,所以第 \(k+1\) 項的 \(k\) 是「項的編號減 1」。第 3 項就是 \(k = 2\)。 題目問「求 \(x^{3}\) 的係數」時,要由 \(x\) 的指數而不是項的編號決定 \(k\)。在 \((Ax+B)^n\) 中 \(x\) 的指數是 \(n-k\),所以解 \(n-k = 3\) 得 \(k = n-3\)。 \(a\) 或 \(b\) 是像 \(2x\) 這樣的整體時,要把整個括號乘方,例如 \((2x)^{3} = 8x^{3}\)。為了避免誤寫成 \(2x^{3}\),計算前一定要加上括號。
二項式係數(組合數)的計算
數學寫法 (一般的數學式)
\(C^{n}_{k}\) \(=\) \(\dfrac{n!}{k!\,(n-k)!}\)
文字寫法 (把符號換成文字的公式)
② \(C^{n}_{k}\):從 \(n\) 個中選 \(k\) 個的方法數 \(=\) ① \(\dfrac{\text{全部 }n\text{ 個排成一列的排法 }n!}{\text{選中的 }k\text{ 個的排法 }k!\ \times\ \text{沒選的 }(n-k)\text{ 個的排法 }(n-k)!}\)
用文字讀公式
① \(\dfrac{\text{全部 }n\text{ 個排成一列的排法 }n!}{\text{選中的 }k\text{ 個的排法 }k!\ \times\ \text{沒選的 }(n-k)\text{ 個的排法 }(n-k)!}\)
② 就是 \(C^{n}_{k}\):從 \(n\) 個中選 \(k\) 個的方法數
簡單範例
從 5 個中選 2 個的方法數 \(C^{5}_{2}\):
從 5 個中選 2 個的方法數 \(=\) \(\dfrac{\text{5 個全部排成一列的排法 }5!}{\text{選中的 2 個的排法 }2!\ \times\ \text{沒選的 3 個的排法 }3!}\)
\(C^{5}_{2} = \dfrac{5!}{2!\,(5-2)!} = \dfrac{120}{2 \times 6} = 10\)
\(C^{5}_{2} = \dfrac{5 \times 4}{2 \times 1} = 10\)
思考重點
階乘是從 1 乘到那個數的乘積(\(5! = 5 \times 4 \times 3 \times 2 \times 1 = 120\))。依定義 \(0! = 1\),所以 \(C^{n}_{0} = C^{n}_{n} = 1\)。 為什麼要用除法?從排法來想就明白了。把 \(n\) 個全部排成一列,規定前 \(k\) 個是「選中的」、其餘 \((n-k)\) 個是「沒選的」,那麼 \(n!\) 種排法都各對應一種選法。但選中的 \(k\) 個換順序(\(k!\) 種)、沒選的 \((n-k)\) 個換順序(\((n-k)!\) 種),選中的人都不變。每種選法都被重複算了 \(k!\,(n-k)!\) 次,所以除掉它就只剩選法數。 手算時,上面第二種寫法比較快:分子從 \(n\) 開始往下乘 \(k\) 個數,分母是 \(k!\)。\(C^{5}_{2}\) 就是 \(\dfrac{5 \times 4}{2 \times 1} = 10\)。 二項式係數有 \(C^{n}_{k} = C^{n}_{n-k}\) 的對稱性(選 \(k\) 個,等於選出不要的 \((n-k)\) 個)。例如 \(C^{7}_{5}\) 用 \(C^{7}_{2} = 21\) 算比較快。這也是展開式的係數從兩端看起來一樣的原因。
巴斯卡三角形(相鄰兩數的和)
圖示
數學寫法 (一般的數學式)
\(C^{n-1}_{k-1}\) \(+\) \(C^{n-1}_{k}\) \(=\) \(C^{n}_{k}\)
文字寫法 (把符號換成文字的公式)
① \(C^{n-1}_{k-1}\):上一列左上方的數 \(+\) ② \(C^{n-1}_{k}\):上一列右上方的數 \(=\) ③ \(C^{n}_{k}\):它們正下方的數
用文字讀公式
① 把 \(C^{n-1}_{k-1}\):上一列左上方的數
② 和 \(C^{n-1}_{k}\):上一列右上方的數 相加,
③ 就得到 \(C^{n}_{k}\):它們正下方的數
簡單範例
把 \(n = 3\) 那一列的 3 和 3 相加,就是 \(n = 4\) 那一列的 6
左上方的 \(C^{3}_{1} = 3\) \(+\) 右上方的 \(C^{3}_{2} = 3\) \(=\) 正下方的 \(C^{4}_{2} = 6\)
\(C^{3}_{1} + C^{3}_{2} = 3 + 3 = 6 = C^{4}_{2}\)
思考重點
把二項式係數從上面一列一列排成三角形,就是巴斯卡三角形。每一列的兩端都是 1,內側的數就是正上方兩個數(左上方和右上方)的和。不用階乘,只靠加法就能做出係數。 這個加法為什麼成立,也能用選法說明。從 \(n\) 個中選 \(k\) 個時,先注意某一個特定的東西:選它(再從其餘 \((n-1)\) 個中選 \((k-1)\) 個),或不選它(從其餘 \((n-1)\) 個中選 \(k\) 個)。這兩種情況剛好就是上方的兩個數。 每一列的數全部加起來是 \(2^n\)(\(n = 4\) 那一列:\(1+4+6+4+1 = 16 = 2^4\))。這就是在二項式定理中令 \(a = b = 1\) 的式子。
二項式定理是 \((a+b)^n = \sum_{k=0}^{n} C^{n}_{k} a^{n-k} b^{k}\),也就是「展開後 \(a^{n-k}b^{k}\) 的係數是 \(C^{n}_{k}\)」的定理。只想求一項時,用一般項 \(C^{n}_{k} a^{n-k} b^{k}\),由 \(x\) 的指數決定 \(k\)。係數的排列和巴斯卡三角形的第 \(n\) 列一致。

符號與用語解說

符號

\(C^{n}_{k}\) C n 取 k 從 \(n\) 個東西中選 \(k\) 個的方法數(組合數)。在二項式定理中是展開式的係數,所以也叫二項式係數。\(\mathrm{C}\) 是英文 combination(組合)的第一個字母。也寫成 \(\binom{n}{k}\)、\({}_n\mathrm{C}_k\)、C(n, k)。
\(n!\) n 階乘 把 1 到 \(n\) 的整數全部相乘(\(4! = 4 \times 3 \times 2 \times 1 = 24\))。看起來像驚嘆號,但不是在驚訝,而是表示「階乘」的數學符號。依定義 \(0! = 1\)。
\(a,\ b\) a、b 二項式定理中放在括號裡的兩個項。「二項」指的就是這兩個。習慣上用字母表前面的 \(a,\ b,\ c\) 表示固定的東西。
\(n\) n 表示同一個括號要乘幾個的數(指數)。表示次數或個數的文字常用 number(數)的第一個字母 \(n\)。本頁是 0 以上、12 以下的整數。
\(k\) k 表示「選了幾個 \(b\)」的編號,從 0 變到 \(n\)。\(k = 0\) 的項是第 1 項,所以說「第 \(k+1\) 項」。表示整數計數的文字常用 \(k\)。
\(\displaystyle\sum\) sigma 表示「全部加起來」的符號。是希臘字母大寫的 sigma,相當於英文 Sum(總和)的第一個字母 S。\(\sum_{k=0}^{n}\) 的意思是「讓 \(k\) 從 0 變到 \(n\),把後面的式子全部加起來」。
\(T_{k+1}\) T 下標 k+1 把展開式依降冪排列時,從第一項算起的第 \(k+1\) 項。\(T\) 是英文 term(項)的第一個字母,叫做一般項。
\(A,\ B\) 大寫 A、B 這個計算機的輸入欄使用的文字。\((Ax+B)^n\) 的 \(A\) 是 \(x\) 的係數,\(B\) 是沒有 \(x\) 的常數項。代入二項式定理的 \(a\)、\(b\),就是 \(a = Ax\)、\(b = B\)。
\(x\) x 值不固定的文字(變數)。這個計算機展開 \((Ax+B)^n\) 形式的式子,所以答案是 \(x\) 的多項式。

用語

二項式定理 展開 \((a+b)^n\) 時,各項的係數就是組合數 \(C^{n}_{k}\) 的定理。台灣在高一下的「排列組合」單元學到。
二項式係數 二項式定理中出現的係數 \(C^{n}_{k}\)。和組合數是同一個東西,但著重在「展開式的係數」這個角色時這樣稱呼。
組合 從幾個東西中不考慮順序選出幾個的選法。從 \(n\) 個中選 \(k\) 個的方法數寫成 \(C^{n}_{k}\)。和要區分順序的「排列」不同,選出的成員相同就算 1 種。
階乘 從 1 乘到那個數的所有整數的乘積。\(5! = 5 \times 4 \times 3 \times 2 \times 1 = 120\)。計算組合數時會用到。
一般項 把展開式「第幾項會是這種形式」統一表示的項。在二項式定理中,第 \(k+1\) 項 \(C^{n}_{k} a^{n-k} b^{k}\) 就是一般項。只想求一項時,把值代進去即可。
展開 把有括號的式子算開,化成沒有括號的加減形式。剛好和因式分解是相反的操作。
降冪排列 把式子的項依文字的指數由大到小排列的寫法,像 \(x^3 + 2x^2 - x + 5\) 這樣。答案通常依這個順序寫。
巴斯卡三角形 把二項式係數一列一列排成三角形。兩端是 1,內側的數是上一列相鄰兩數的和。以法國數學家巴斯卡命名,但中國宋代的賈憲、楊輝早在巴斯卡之前 500 年以上就已經知道,所以在華人世界也叫「楊輝三角形」。
多項式 像 \(2x^3 - x + 5\) 這樣,把 \(x\) 的次方乘上係數的項加起來的式子。用二項式定理展開的結果也是多項式。
項 把式子用加號、減號分開後的每一塊。\(x^3 - 2x + 3\) 的項是 \(x^3\)、\(-2x\)、\(3\) 三個。
係數 寫在文字前面的數。\(3x^2\) 的 3 就是係數。像 \(x^2\) 這樣沒寫數字的項,係數當成 1。
指數 寫在 \(x^3\) 右上方的小 3。表示同一個東西相乘的次數(\(x^3 = x \times x \times x\))。
常數項 像 \(x^2 + 3x + 5\) 的 5 這樣,不含 \(x\)、「只有數字的項」。在這個計算機中,括號裡的 \(B\) 和展開式的最後一項就是常數項。
二項分布 同一個試驗重複 \(n\) 次時,成功 \(k\) 次的機率分布。它的機率 \(C^{n}_{k} p^{k}(1-p)^{n-k}\),正是用二項式定理展開 \((p + (1-p))^n\) 的每一項。名稱中的「二項」也來自二項式定理。
廣義二項式定理 擴充成指數是分數或負數時也能用的二項式定理,會變成項無限延續的式子(無窮級數)。這個計算機只處理指數為 0 以上整數的情況。

建議先了解的基礎知識

為了能「理解意義」地使用這個頁面的計算,這裡整理了建議先了解的基礎知識。
遇到卡關時,回頭複習表中的內容是最快的方法。

代數式的展開(國中七~八年級,12~14 歲)
  • 能用分配律展開 \((a+b)(c+d) = ac + ad + bc + bd\)(括號裡的項一個一個相乘)
  • 知道同類項(例如 \(3x^2\) 和 \(5x^2\))可以把係數相加合併
  • 知道乘法公式 \((a+b)^{2} = a^{2} + 2ab + b^{2}\)。二項式定理就是把它推廣到 \(n\) 次方
次方與指數律(國中七年級~高一,12~16 歲)
  • 知道右上方的小數字(指數)表示「相乘的次數」,例如 \(x^{3} = x \times x \times x\)
  • 知道整個括號的次方,就是把括號裡的每個部分分別乘方,例如 \((2x)^{3} = 2^{3}x^{3} = 8x^{3}\)
  • 知道規定 \(a^{0} = 1\)(不為 0 的數的 0 次方是 1)
負數的計算(國中七年級,12~13 歲)
  • 知道負數乘偶數次是正的、乘奇數次是負的,例如 \((-2)^{2} = 4\)、\((-2)^{3} = -8\)
  • 能把 \((2x-1)^{4}\) 這種減法的括號,當成 \(b = -1\) 來處理
組合與階乘(高一,15~16 歲)
  • 知道 \(C^{n}_{k}\) 是「從 \(n\) 個中不考慮順序選出 \(k\) 個的方法數」
  • 會用 \(C^{n}_{k} = \dfrac{n!}{k!\,(n-k)!}\) 計算(\(n!\) 是從 1 乘到 \(n\) 的數)
  • 知道 \(C^{n}_{0} = 1\)、\(C^{n}_{n} = 1\)、\(C^{n}_{k} = C^{n}_{n-k}\)
總和的符號 Σ(高中「數列與級數」,15~17 歲)
  • 知道 \(\sum_{k=0}^{n}\) 的意思是「讓 \(k\) 從 0 變到 \(n\),全部加起來」
  • 就算還沒學過這個符號,只要能把它讀成和 \(C^{n}_{0} a^{n} + C^{n}_{1} a^{n-1}b + \cdots + C^{n}_{n} b^{n}\) 相同的式子就夠了
分數的計算(國小五年級~國中七年級,10~13 歲)
  • 會做分數的乘法和約分,例如 \(\dfrac{1}{2} \times \dfrac{1}{2} = \dfrac{1}{4}\)
  • 習慣把答案保留成分數(也能把 \(\dfrac{3}{2}\) 化成 1.5)

用 Excel 計算的方法

把下方表格整個複製,貼到 Excel 的 A1 儲存格就能直接使用。
用「二項式定理」求展開後各項係數的表格
x 的係數 A 2
常數項 B 3
指數 n 5
k=0 那一項的係數(x 的 n−0 次方) =IFERROR(COMBIN($B$3,0)*$B$1^($B$3-0)*$B$2^0,0)
k=1 那一項的係數(x 的 n−1 次方) =IFERROR(COMBIN($B$3,1)*$B$1^($B$3-1)*$B$2^1,0)
k=2 那一項的係數(x 的 n−2 次方) =IFERROR(COMBIN($B$3,2)*$B$1^($B$3-2)*$B$2^2,0)
k=3 那一項的係數(x 的 n−3 次方) =IFERROR(COMBIN($B$3,3)*$B$1^($B$3-3)*$B$2^3,0)
k=4 那一項的係數(x 的 n−4 次方) =IFERROR(COMBIN($B$3,4)*$B$1^($B$3-4)*$B$2^4,0)
k=5 那一項的係數(x 的 n−5 次方) =IFERROR(COMBIN($B$3,5)*$B$1^($B$3-5)*$B$2^5,0)
k=6 那一項的係數(x 的 n−6 次方) =IFERROR(COMBIN($B$3,6)*$B$1^($B$3-6)*$B$2^6,0)
求「一般項(第 k+1 項)」係數的表格
x 的係數 A 2
常數項 B 3
指數 n 5
項的編號(從第一項算起) 3
k(編號減 1) =B4-1
x 的指數(n−k) =B3-B5
二項式係數 C(n, k) =COMBIN(B3,B5)
該項的係數 =B7*B1^B6*B2^B5
求「二項式係數(組合數)」的表格
n 5
k 2
二項式係數 C(n, k) =COMBIN(B1,B2)
用階乘的式子確認 =FACT(B1)/(FACT(B2)*FACT(B1-B2))
製作「巴斯卡三角形」的表格
n = 0 的那一列 1
n = 1 的那一列 1 1
n = 2 的那一列 1 =B2+C2 1
n = 3 的那一列 1 =B3+C3 =C3+D3 1
n = 4 的那一列 1 =B4+C4 =C4+D4 =D4+E4 1
n = 5 的那一列 1 =B5+C5 =C5+D5 =D5+E5 =E5+F5 1
貼上後,上方的列(A、B、n 等)就是輸入欄,下方的列會自動算出結果。
COMBIN(n, k) 是二項式係數 C(n, k),FACT(n) 是 n 的階乘,「^」是次方的符號。
第一個表格是展開 (2x+3)⁵ 的例子,從 k=0 開始依序顯示 32、240、720、1080、810、243(k 那一列是 x 的 n−k 次方的係數)。改寫 A、B、n,就能得到您自己的式子的係數。n 小於 6 時,不存在的項那一列會顯示 0(IFERROR 會把它變成 0)。n 為 7 以上時,請把最後一列往下複製,並把式中的 6 改成 7、8……。
第二個表格只求「第 3 項」:k 是 2,x 的指數是 3,二項式係數是 10,該項的係數是 720。
第三個表格是從 5 個中選 2 個的方法數,兩個式子都是 10。
第四個表格只自己輸入兩端的 1,內側的數都是把正上方兩格相加的式子。n = 5 那一列會顯示 1、5、10、10、5、1。

用 Google 試算表計算的方法

把下方表格整個複製,貼到 Google 試算表的 A1 儲存格就能直接使用。
用「二項式定理」求展開後各項係數的表格
x 的係數 A 2
常數項 B 3
指數 n 5
k=0 那一項的係數(x 的 n−0 次方) =IFERROR(COMBIN($B$3,0)*$B$1^($B$3-0)*$B$2^0,0)
k=1 那一項的係數(x 的 n−1 次方) =IFERROR(COMBIN($B$3,1)*$B$1^($B$3-1)*$B$2^1,0)
k=2 那一項的係數(x 的 n−2 次方) =IFERROR(COMBIN($B$3,2)*$B$1^($B$3-2)*$B$2^2,0)
k=3 那一項的係數(x 的 n−3 次方) =IFERROR(COMBIN($B$3,3)*$B$1^($B$3-3)*$B$2^3,0)
k=4 那一項的係數(x 的 n−4 次方) =IFERROR(COMBIN($B$3,4)*$B$1^($B$3-4)*$B$2^4,0)
k=5 那一項的係數(x 的 n−5 次方) =IFERROR(COMBIN($B$3,5)*$B$1^($B$3-5)*$B$2^5,0)
k=6 那一項的係數(x 的 n−6 次方) =IFERROR(COMBIN($B$3,6)*$B$1^($B$3-6)*$B$2^6,0)
求「一般項(第 k+1 項)」係數的表格
x 的係數 A 2
常數項 B 3
指數 n 5
項的編號(從第一項算起) 3
k(編號減 1) =B4-1
x 的指數(n−k) =B3-B5
二項式係數 C(n, k) =COMBIN(B3,B5)
該項的係數 =B7*B1^B6*B2^B5
求「二項式係數(組合數)」的表格
n 5
k 2
二項式係數 C(n, k) =COMBIN(B1,B2)
用階乘的式子確認 =FACT(B1)/(FACT(B2)*FACT(B1-B2))
製作「巴斯卡三角形」的表格
n = 0 的那一列 1
n = 1 的那一列 1 1
n = 2 的那一列 1 =B2+C2 1
n = 3 的那一列 1 =B3+C3 =C3+D3 1
n = 4 的那一列 1 =B4+C4 =C4+D4 =D4+E4 1
n = 5 的那一列 1 =B5+C5 =C5+D5 =D5+E5 =E5+F5 1
和 Excel 相同的公式可以直接使用(Google 試算表也有同名的 COMBIN、FACT)。把表格整個複製貼到 A1 儲存格,再把 A、B、n 改成您自己的數值即可。

用 Python 計算的方法

from fractions import Fraction
from math import comb

# 展開 (Ax + B) 的 n 次方(3/4 這樣的分數可以寫成 Fraction(3, 4))
coef_x = Fraction(2)   # x 的係數 A
const = Fraction(3)    # 常數項 B
power = 5              # 指數 n

# k 從 0 變到 n。x 的指數是 n - k,係數是 C(n, k) × A^(n-k) × B^k
for k in range(power + 1):
    exponent = power - k
    coefficient = comb(power, k) * coef_x ** exponent * const ** k
    print(f"x^{exponent} 的係數:{coefficient}")

# 只求 x^3 的係數(k = n - 3)
target = 3
k = power - target
coefficient = comb(power, k) * coef_x ** target * const ** k
print(f"二項式係數:{comb(power, k)}")
print(f"x^{target} 的係數:{coefficient}")
標準函式庫的 math.comb 負責二項式係數 C(n, k),fractions.Fraction 負責保留分數的精確計算(math.comb 在 Python 3.8 以後可用)。這個例子是展開 (2x+3)⁵,執行後會依序顯示係數 32、240、720、1080、810、243,最後顯示 x 的 3 次方的係數 720。請改寫 A、B、n 後執行。

用 LaTeX 等數學式語言的寫法(可直接複製)

二項式定理
(a+b)ⁿ = Cⁿ₀aⁿ + Cⁿ₁aⁿ⁻¹b + ⋯ + Cⁿₙbⁿ
(a+b)^{n} = \sum_{k=0}^{n} C^{n}_{k}\, a^{n-k} b^{k}
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block">
  <mrow>
    <msup>
      <mrow><mo>(</mo><mi>a</mi><mo>+</mo><mi>b</mi><mo>)</mo></mrow>
      <mi>n</mi>
    </msup>
    <mo>=</mo>
    <munderover>
      <mo>&#x2211;</mo>
      <mrow><mi>k</mi><mo>=</mo><mn>0</mn></mrow>
      <mi>n</mi>
    </munderover>
    <msubsup><mi mathvariant="normal">C</mi><mi>k</mi><mi>n</mi></msubsup>
    <msup><mi>a</mi><mrow><mi>n</mi><mo>&#x2212;</mo><mi>k</mi></mrow></msup>
    <msup><mi>b</mi><mi>k</mi></msup>
  </mrow>
</math>
(a+b)^n = sum_(k=0)^n C(n,k) a^(n-k) b^k
Sum[Binomial[n, k] a^(n - k) b^k, {k, 0, n}]
sum(binomial(n, k)*a^(n-k)*b^k, k = 0 .. n);
symsum(nchoosek(n, k)*a^(n-k)*b^k, k, 0, n)
(a+b)^n = ∑_(k=0)^n C(n,k) a^(n-k) b^k
一般項(第 \(k+1\) 項)
Tₖ₊₁ = Cⁿₖ aⁿ⁻ᵏ bᵏ
T_{k+1} = C^{n}_{k}\, a^{n-k} b^{k}
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block">
  <mrow>
    <msub><mi>T</mi><mrow><mi>k</mi><mo>+</mo><mn>1</mn></mrow></msub>
    <mo>=</mo>
    <msubsup><mi mathvariant="normal">C</mi><mi>k</mi><mi>n</mi></msubsup>
    <msup><mi>a</mi><mrow><mi>n</mi><mo>&#x2212;</mo><mi>k</mi></mrow></msup>
    <msup><mi>b</mi><mi>k</mi></msup>
  </mrow>
</math>
T_(k+1) = C(n,k) a^(n-k) b^k
Binomial[n, k] a^(n - k) b^k
T := binomial(n, k)*a^(n-k)*b^k;
T = nchoosek(n, k)*a^(n-k)*b^k;
T_(k+1) = C(n,k) a^(n-k) b^k
二項式係數(組合數)的計算
Cⁿₖ = n! ÷ (k!(n−k)!)
C^{n}_{k} = \frac{n!}{k!\,(n-k)!}
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block">
  <mrow>
    <msubsup><mi mathvariant="normal">C</mi><mi>k</mi><mi>n</mi></msubsup>
    <mo>=</mo>
    <mfrac>
      <mrow><mi>n</mi><mo>!</mo></mrow>
      <mrow><mi>k</mi><mo>!</mo><mo>(</mo><mi>n</mi><mo>&#x2212;</mo><mi>k</mi><mo>)</mo><mo>!</mo></mrow>
    </mfrac>
  </mrow>
</math>
C(n,k) = (n!)/(k!(n-k)!)
Binomial[n, k]
binomial(n, k);
nchoosek(n, k)
C(n,k) = n!/(k!(n-k)!)
巴斯卡三角形(相鄰兩數的和)
Cⁿ⁻¹ₖ₋₁ + Cⁿ⁻¹ₖ = Cⁿₖ
C^{n-1}_{k-1} + C^{n-1}_{k} = C^{n}_{k}
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block">
  <mrow>
    <msubsup><mi mathvariant="normal">C</mi><mrow><mi>k</mi><mo>&#x2212;</mo><mn>1</mn></mrow><mrow><mi>n</mi><mo>&#x2212;</mo><mn>1</mn></mrow></msubsup>
    <mo>+</mo>
    <msubsup><mi mathvariant="normal">C</mi><mi>k</mi><mrow><mi>n</mi><mo>&#x2212;</mo><mn>1</mn></mrow></msubsup>
    <mo>=</mo>
    <msubsup><mi mathvariant="normal">C</mi><mi>k</mi><mi>n</mi></msubsup>
  </mrow>
</math>
C(n-1,k-1) + C(n-1,k) = C(n,k)
Binomial[n - 1, k - 1] + Binomial[n - 1, k] == Binomial[n, k]
binomial(n-1, k-1) + binomial(n-1, k) = binomial(n, k);
nchoosek(n-1, k-1) + nchoosek(n-1, k)
C(n-1,k-1) + C(n-1,k) = C(n,k)

請 ChatGPT  幫忙計算的方法

你是數學計算助理。請務必實際執行 Python 程式碼來進行以下計算,並只根據執行結果的數值回答(不要用心算或猜測作答)。

請用二項式定理展開 (2x+3)^5。
請分別列出以下內容:
1. 一般項(第 k+1 項)的式子
2. k = 0 到 5 的二項式係數 C(5, k) 的值
3. 展開後的式子(依 x 的降冪排列,每一項的係數用最簡分數或整數表示)
4. x^3 的係數,以及求法(如何決定 k)

請在 Python 中使用標準函式庫的 math.comb 和 fractions.Fraction 精確計算,並列出所用的公式和執行結果的數值。

使用方法
  1. 1
    輸入數值
    在輸入欄中輸入要計算的數值
  2. 2
    計算
    按下「計算」按鈕
  3. 3
    查看結果
    計算結果會立即顯示。計算的思路和公式的解說,也都能在同一個頁面查看
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