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이항정리The Binomial Theorem · 문제집Worksheet

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문제Problem 1 몸풀기Warm-up

이항정리로 (a+b)4(a + b)^4를 전개하여라.

Expand (a+b)4(a + b)^4 by the binomial theorem.

문제Problem 2 몸풀기Warm-up

(x+1)5(x + 1)^5의 전개에서 x2x^2의 계수를 구하여라.

Find the coefficient of x2x^2 in (x+1)5(x + 1)^5.

문제Problem 3 몸풀기Warm-up

파스칼의 삼각형에서 55행이 1,5,10,10,5,11, 5, 10, 10, 5, 1이다. 66행을 만들어라.

Row 55 of Pascal's triangle is 1,5,10,10,5,11, 5, 10, 10, 5, 1. Build row 66.

문제Problem 4 핵심Core

이항정리

(a+b)n=k=0nnCkankbk(a+b)^n = \sum_{k=0}^{n} {}_n\mathrm C_k\, a^{n-k} b^k

를 "항 선택" 논증으로 증명하여라.

Prove the binomial theorem

(a+b)n=k=0nnCkankbk(a+b)^n = \sum_{k=0}^{n} {}_n\mathrm C_k\, a^{n-k} b^k

by the "term selection" argument.

문제Problem 5 핵심Core

파스칼의 규칙

nCk=n1Ck1+n1Ck_n\mathrm C_k = {}_{n-1}\mathrm C_{k-1} + {}_{n-1}\mathrm C_k

를 조합적으로(선택의 분류로) 증명하여라.

Prove Pascal's rule

nCk=n1Ck1+n1Ck_n\mathrm C_k = {}_{n-1}\mathrm C_{k-1} + {}_{n-1}\mathrm C_k

combinatorially (by classifying selections).

문제Problem 6 핵심Core

(x+2)5(x + 2)^5의 전개에서 x3x^3의 계수를 구하여라.

Find the coefficient of x3x^3 in the expansion of (x+2)5(x + 2)^5.

문제Problem 7 핵심Core

(2xy)4(2x - y)^4의 전개에서 x2y2x^2y^2의 계수를 구하여라.

Find the coefficient of x2y2x^2y^2 in (2xy)4(2x - y)^4.

문제Problem 8 핵심Core

(x2+1x)6\left(x^2 + \dfrac1x\right)^6의 전개에서 상수항을 구하여라.

Find the constant term of (x2+1x)6\left(x^2 + \dfrac1x\right)^6.

문제Problem 9 도전Challenge

이항정리에 대입하여

nC0+nC1++nCn=2n_n\mathrm C_0 + {}_n\mathrm C_1 + \cdots + {}_n\mathrm C_n = 2^n

을 증명하고, 이 식을 "부분집합 세기"로 다시 해석하여라.

By substituting into the binomial theorem, prove

nC0+nC1++nCn=2n,_n\mathrm C_0 + {}_n\mathrm C_1 + \cdots + {}_n\mathrm C_n = 2^n,

then reinterpret the identity as a count of subsets.

문제Problem 10 도전Challenge

n1n \ge 1일 때

nC0nC1+nC2+(1)nnCn=0_n\mathrm C_0 - {}_n\mathrm C_1 + {}_n\mathrm C_2 - \cdots + (-1)^n {}_n\mathrm C_n = 0

임을 증명하고, 이로부터 "짝수 크기 부분집합의 수 == 홀수 크기 부분집합의 수 =2n1= 2^{n-1}"를 끌어내어라.

For n1n \ge 1, prove

nC0nC1+nC2+(1)nnCn=0,_n\mathrm C_0 - {}_n\mathrm C_1 + {}_n\mathrm C_2 - \cdots + (-1)^n {}_n\mathrm C_n = 0,

and deduce that the even-sized subsets and odd-sized subsets are equally many — 2n12^{n-1} each.

문제Problem 11 도전Challenge

이항정리로 1.01101.01^{10}을 소수 넷째 자리까지 어림하여라.

Use the binomial theorem to estimate 1.01101.01^{10} to four decimal places.

문제Problem 12 경시Contest

(1+x)10(1 + x)^{10}의 전개에서 가장 큰 계수를 구하여라 — 왜 그 자리인지 이유와 함께.

Find the largest coefficient in the expansion of (1+x)10(1 + x)^{10} — with the reason it sits where it does.

문제Problem 13 경시Contest

하키스틱 항등식의 한 사례

2C2+3C2+4C2+5C2+6C2=7C3_2\mathrm C_2 + {}_3\mathrm C_2 + {}_4\mathrm C_2 + {}_5\mathrm C_2 + {}_6\mathrm C_2 = {}_7\mathrm C_3

을 "가장 큰 원소로 분류"하는 세기로 증명하여라.

Prove this case of the hockey-stick identity,

2C2+3C2+4C2+5C2+6C2=7C3,_2\mathrm C_2 + {}_3\mathrm C_2 + {}_4\mathrm C_2 + {}_5\mathrm C_2 + {}_6\mathrm C_2 = {}_7\mathrm C_3,

by counting with a "classify by largest element" argument.