8. Бином Ньютона.
При преобразовании целых рациональных выражений в многочлены часто приходится разлагать выражения вида
Выведем формулу для этого разложения. Случаи
известны из куоса начальной алгебры:
В разложение
входят члены, содержащие
а в разложение
члены, содержащие
Естественно предположить, что в разложение
должны войти члены, содержащие
При этом старший член разложения должен равняться
а свободный член равен
Докажем это предположение с помощью индукции по
Предположим, что уже доказана формула
где через
обозначен коэффициент при
в разложении выражения
Умножим обе части разложения (1) на
:
Посмотрим, какой коэффициент при
получится после раскрытия скобок. Ясно, что члены с
встретятся дважды: при умножении
на х и при умножении
на а. Значит, коэффициент при
равен
При этом коэффициент при
равен 1, а свободный член равен
Итак, мы доказали, что
где
Итак, если разложение (1) справедливо для
, то оно справедливо и для
. Так как оно имеет место при
, то оно выполняется и при
а тогда и
Значит, оно верно для всех
Разложение (1) называют битном Ньютона. Коэффициенты С называются биномиальными коэффициентами. Мы получили для них соотношение (2).
Так как первый и последний коэффициенты разложения (1) равны 1, то полагают по определению
С помощью соотношения (2) можно вычислить все биномиальные коэффициенты
зная коэффициенты
Именно
Заметим, что при вычислении
мы берем в формуле (2) лишь одно слагаемое.
Найдя
мы вычисляем
Такое вычисление удобно располагать в виде следующей таблицы:
Здесь каждое число в следующей строке является суммой двух стоящих над ним чисел предыдущей строки (если с какой-нибудь стороны числа нет, соответствующее слагаемое полагают равным нулю). Этот числовой треугольник называют треугольником Паскаля. С помощью треугольника Паскаля можно вычислять биномиальные коэффициенты для любого
Явное выражение для любого биномиального коэффициента имеет следующий вид:
где
— произведение всех натуральных чисел от 1 до
(например,
Принято считать, кроме того, что
. В главе IX равенство (3) будет выведено с помощью методов комбинаторики.
Упражнения
(см. скан)