观察下列各式: C _ 1 ^ 0 = 4 ^ 0 C _…——2015 高考数学第 11 题答案解析

2015_省自主命题(山东)

2015 Shandong Question 11 Free-response Differentiating
2015_省自主命题(山东)

11.观察下列各式:
$C _ { 1 } ^ { 0 } { = } 4 ^ { 0 }$
$C _ { 3 } ^ { 0 } + C _ { 3 } ^ { 1 } = 4 ^ { 1 }$
$C _ { 5 } ^ { 0 } + C _ { 5 } ^ { 1 } + C _ { 5 } ^ { 2 } = 4 ^ { 2 }$
$C _ { 7 } ^ { 0 } + C _ { 7 } ^ { 1 } + C _ { 7 } ^ { 2 } + C _ { 7 } ^ { 3 } = 4 ^ { 3 }$

照此规律,当当nÎN时, $\mathrm { C ^ { 0 } { } _ { 2 n - 1 } + C ^ { 1 } { } _ { 2 n - 1 } } + \mathrm { C ^ { 2 } { } _ { 2 n - 1 } + \ldots + C ^ { n - 1 } { } _ { 2 n - 1 } }$ =

Answer key

$4 ^ { n - 1 }$

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观察给定的等式序列:

当 $n=1$ 时,左边为 $C_1^0$,右边为 $4^0=1$,且 $C_1^0=1$,等式成立;
当 $n=2$ 时,左边为 $C_3^0 + C_3^1$,右边为 $4^1=4$,计算得 $1+3=4$,等式成立;
当 $n=3$ 时,左边为 $C_5^0 + C_5^1 + C_5^2$,右边为 $4^2=16$,计算得 $1+5+10=16$,等式成立;
当 $n=4$ 时,左边为 $C_7^0 + C_7^1 + C_7^2 + C_7^3$,右边为 $4^3=64$,计算得 $1+7+21+35=64$,等式成立。

归纳上述规律,对于第 $n$ 个式子:
1. 组合数的下标为 $2n-1$。
2. 组合数的上标从 $0$ 递增到 $n-1$。
3. 等式右边的结果为 $4^{n-1}$。

因此,照此规律,所求式子 $\mathrm { C ^ { 0 } { } _ { 2 n - 1 } + C ^ { 1 } { } _ { 2 n - 1 } } + \mathrm { C ^ { 2 } { } _ { 2 n - 1 } + \ldots + C ^ { n - 1 } { } _ { 2 n - 1 } }$ 的值应为 $4^{n-1}$。

(注:也可通过二项式系数性质严谨推导。已知 $\sum_{k=0}^{2n-1} C_{2n-1}^k = 2^{2n-1}$。由对称性 $C_{2n-1}^k = C_{2n-1}^{2n-1-k}$,可知前一半项之和等于后一半项之和。即 $2 \sum_{k=0}^{n-1} C_{2n-1}^k = 2^{2n-1}$,故 $\sum_{k=0}^{n-1} C_{2n-1}^k = 2^{2n-2} = 4^{n-1}$。)

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