二項式展開式中的中間項


如何確定二項式展開式中的中間項?二項式展開式中的中間項取決於展開式中項數的奇偶性。

如果項數為奇數,則中間項是展開式的第(n+1)/2項。例如,(a+b)^5的展開式有6項,因此中間項是第(5+1)/2 = 3項,即10a^2b^3。

如果項數為偶數,則有兩個中間項——展開式的第n/2項和第(n/2)+1項。例如,(a+b)^4的展開式有5項;第二項4ab^2和第三項6a^2b^2是兩個中間項。

我們可以使用以下公式來確定二項式展開式中的中間項:

T(k) = nCk * a ^ (n−k) * b^k

其中k是項的索引,a和b是項的係數,n是二項式冪。當項數為偶數時,我們代入k = n/2和k = (n/2)+1;當項數為奇數時,我們代入k = (n+1)/2來找到中間項,並計算匹配項以確定中間項。

方法

現在,讓我們實現我們討論的理論。我們將把它轉換成一個逐步的方法,我們將用它來實現我們的程式碼。

  • 將二項式表示式中的項數指定為使用者輸入。您也可以將其作為使用者輸入。

  • 除了項數外,還要將a和b的值也作為使用者輸入。

  • 現在,根據使用者輸入的n(項數)的值,我們計算項的總數為n+1。

  • 計算中間項的索引,這取決於項的總數是奇數還是偶數。

  • 將第二個中間項的值初始化為0,因為我們只需要在項數為偶數時才需要它。

  • 執行一個迴圈遍歷展開式中的所有項,並計算每一項的值。對於計算值

    • 使用伽馬函式計算每一項的二項式係數。此計算基於公式nCk= n!/(k!*(n−k)!)

    • 現在,一旦我們有了二項式係數,就透過將係數與a和b的適當冪相乘來計算項的值。

    • 現在檢查當前項的索引是否與第一個中間項的索引匹配,如果是,則列印值

    • 再次檢查。如果項的總數為偶數,並且當前項的索引與第二個中間項的索引匹配,則儲存該項的係數並列印其值。

C++程式碼實現,用於查詢二項式展開式中的中間項

理論太多了,對吧?現在,讓我們編寫一些程式碼。以下是使用上述方法實現的C++程式碼。

示例

#include <iostream>
#include <cmath>
using namespace std;

int main() {
    int n = 4;
    double a = 2, b = 3;
        
    int numTerms = n + 1; // Total number of terms in the expansion
    int middleIndex1, middleIndex2; // Indices of the middle term(s)
    
    if (numTerms % 2 == 0) {
    // Even number of terms, two middle terms
    middleIndex1 = n/2;
    middleIndex2 = (n/2) + 1;
}
else {
    // Odd number of terms, one middle term
    middleIndex1 = (n+1)/2;
    middleIndex2 = 0; // Set the second middle-term index to 0
}

// Calculate the middle term(s)
double coeff1, coeff2;
for (int k = 1; k <= n; k++) {
    double coeff = tgamma(n+1) / (tgamma(k+1) * tgamma(n-k+1)); // nCk coefficient
    double term = coeff * pow(a, n-k) * pow(b, k);
    if (k == middleIndex1) {
        coeff1 = coeff;
        cout << "The middle term is: " << term << endl;
    }
    if (k == middleIndex2) {
        coeff2 = coeff;
        cout << "The second middle term is: " << term << endl;
    }
}
    
    return 0;
}

輸出

The middle term is: 216

時間複雜度:O(n)

空間複雜度:O(1)

結論

在本文中,我們介紹瞭如何在給定項總數為奇數或偶數的情況下找到二項式展開式中的中間項。希望您對這個概念有了更好的理解。

更新於:2023年8月23日

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