• 1.摘要
  • 2.基本信息
  • 3.发展简史
  • 4.定理定义
  • 5.验证推导
  • 6.定理推广
  • 7.定理意义
  • 8.应用例子
  • 9.参考资料

二项式定理

数学定理

二项式定理(Binomial theorem,牛顿二项式定理)是艾萨克·牛顿于1664年、1665年间研究提出1

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二项式定理指出两个数之和的整数次幂诸如展开为类似项之和的恒等式,该定理可以推广到任意实数次幂。

基本信息

  • 中文名

    二项式定理

  • 外文名

    Binomial theorem

  • 别称

    牛顿二项式定理

  • 主要贡献者

    艾萨克·牛顿

  • 最早研究时间

    1664~1665年

  • 适用领域范围

    代数学2

发展简史

二项式定理最初用于开高次方。在中国,成书于1世纪的《九章算术》提出了世界上最早的多位正整数开平方、开立方的一般程序。11世纪中叶,贾宪在其《释锁算书》中给出了“开方作法本原图”(如图1),满足了三次以上开方的需要。此图即为直到六次幂的二项式系数表,但是,贾宪并未给出二项式系数的一般公式,因而未能建立一般正整数次幂的二项式定理。13世纪,杨辉在其《详解九章算法》中引用了此图,并注明了此图出自贾宪的《释锁算书》。贾宪的著作已经失传,而杨辉的著作流传至今,所以今称此图为“贾宪三角”或“杨辉三角”。14世纪初,朱世杰在其《四元玉鉴》中复载此图,并增加了两层,添上了两组平行的斜线(如图2)。

在阿拉伯,10世纪,阿尔 ·卡拉吉已经知道二项式系数表的构造方法:每一列中的任一数等于上一列中同一行的数加上该数上面一数。11~12世纪奥马海牙姆将印度人的开平方、开立方运算推广到任意高次,因而研究了高次二项展开式。13世纪纳绥尔丁在其《算板与沙盘算法集成》中给出了高次开方的近似公式,并用到了二项式系数表。15世纪,阿尔 ·卡西在其《算术之钥》中介绍了任意高次开方法,并给出了直到九次幂的二项式系数表,还给出了二项式系数表的两术书中给出了一张二项式系数表,其形状与贾宪三角一样。16世纪,许多数学家的书中都载有二项式系数表。1654年,法国的帕斯卡最早建立了一般正整数次幂的二项式定理,因此算术三角形在西方至今仍以他的名字命名。1665年,英国的牛顿将二项式定理推广到有理指数的情形。18世纪,瑞士的欧拉和意大利的卡斯蒂隆分别采用待定系数法和“先异后同”的方法证明了实指数情形的二项式定理。

定理定义

根据此定理,可以将x+y的任意次幂展开成和的形式

image

其中每个image为一个称作二项式系数的特定正整数,其等于image。这个公式也称二项式公式二项恒等式。使用求和符号,可以把它写作

image

验证推导

考虑用数学归纳法。

image时,则image

假设二项展开式在image时成立。

image,则:

image

image

image,(将a、b<乘入)

image,(取出image的项)

image,(设image