Soluciones NCERT de clase 11 – Capítulo 8 Teorema del binomio – Ejercicio misceláneo en el Capítulo 8

Pregunta 1. Encuentra a, b y n en la expansión de (a + b) n si los primeros tres términos de la expansión son 729, 7290 y 30375, respectivamente.

Soluciones:

Como sabemos que (r+1) el término de (a+b) n se denota por,

T r+1 = norte C r un norte-r segundo r

Aquí, se da que los primeros tres términos de la expansión son 729, 7290 y 30375.

Cuando, T 1 = 729, T 2 = 7290 y T 3 = 30375

T 0+1 (r=0) = norte C 0 un norte-0 segundo 0 = un norte = 729   …………………(1)

T 1+1 (r=0) = norte C 1 un n-1 segundo 1 = na n-1 segundo = 7290   …………………(2)

T 2+1 (r=0) = n C 2 a n-2 b 2\frac{n!}{2!(n-2)!}a n-2 b 2\frac{n(n-1)a^{n-2}b^2}{2}     = 30375   …………………(3)

Dividiendo (1) y (2), obtenemos

\frac{na^{n-1} b}{a^n} = \frac{7290}{729}

na n-1-n b = 10

\frac{nb}{a}  = 10 ……………………….(I)

Ahora, dividiendo (3) y (2), obtenemos

\frac{\frac{n(n-1)a^{n-2}b^2}{2}}{na^{n-1} b} = \frac{30375}{7290}

\frac{(n-1)b}{2a} = \frac{30375}{7290}

\frac{nb-b}{a} = \frac{25}{3}

\frac{nb}{a} - \frac{b}{a} = \frac{25}{3}

De (I), podemos sustituir

10 - \frac{b}{a} = \frac{25}{3}

\frac{b}{a}  = 10 – \frac{25}{3}

\frac{b}{a} = \frac{30-25}{3} = \frac{5}{3}  ………………….(II)

Sustituyendo (II) en (I), obtenemos

\frac{nb}{a}  = 10

n(\frac{5}{3})  = 10

norte = \frac{10 \times3}{5}

norte = 6

Sustituyendo n = 6 en (1), obtenemos

un n = 729

un 6 = 729

un = 3

Sustituyendo a = 3 en (II), obtenemos

\frac{b}{a} = \frac{5}{3}

segundo = \frac{5\times3}{3}

b = 5

Por lo tanto, a = 3, b = 5 y n = 6

Pregunta 2. Encuentra a si los coeficientes de x 2 y x 3 en la expansión de (3 + ax) 9 son iguales.

Soluciones:

Como sabemos que (r+1) el término de (a+b) n se denota por,

T r+1 = norte C r un norte-r segundo r

Aquí, a = 3 y b = ax y n = 9.

T r+1 = 9 C r 3 9-r (ax) r

V r+1 = 9 C r (\frac{3^9}{3^r})  un r x r

T r+1 = 9 C r (\frac{3^9 \times a^r}{3^r}) x^r

Entonces, aquí si quieres la potencia de x 2 y x 3 . Entonces r=2 y r=3.

r = 2, T 2+1 = [^9C_2 (\frac{3^9 \times a^2}{3^2})] x^2

r = 3, T 3+1[^9C_3 (\frac{3^9 \times a^3}{3^3})] x^3

Coeficiente de x 2 = Coeficiente de x 3

^9C_2 (\frac{3^9 \times a^2}{3^2}) = ^9C_3 (\frac{3^9 \times a^3}{3^3})

\frac{9!}{2! (9-2)!} \times \frac{3^9 \times a^2}{3^2} = \frac{9!}{3! (9-3)!} \times \frac{3^9 \times a^3}{3^3}

\frac{1}{2! (9-2)!} \times \frac{a^2}{3^2} = \frac{1}{3! (9-3)!} \times \frac{a^3}{3^3}

\frac{3! (9-3)!}{2! (9-2)!} = \frac{a^3 \times 3^2}{a^2 \times 3^3}

\frac{a}{3} = \frac{3! 6!}{2! 7!}

\frac{a}{3} = \frac{3}{7}

un = \frac{3\times 3}{7} = \frac{9}{7}

Por lo tanto, a = \frac{9}{7}

Pregunta 3. Encuentra el coeficiente de x 5 en el producto (1 + 2x) 6 (1 – x) 7 usando el teorema del binomio.

Soluciones:

Para obtener el coeficiente de x 5 , expandamos ambos binomios para una comprensión más clara.

(1 + 2x) 6 = 6 C 0 + 6 C 1 (2x) + 6 C 2 (2x) 2 + 6 C 3 (2x) 3 + 6 C 4 (2x) 4 + 6 C 5 (2x) 5 + 6 C 6 (2x) 6

= 1 + 6 (2x) + 15 (2x) 2 + 20 (2x) 3 + 15 (2x) 4 + 6 (2x) 5 + (2x) 6

= 1 + 12x + 60x 2 + 160×3 + 240×4 + 192×5 + 64x 6

(1 – x) 7 = 7 C 07 C 1 (x) + 7 C 2 (x) 27 C 3 (x) 3 + 7 C 4 (x) 47 C 5 (x) 5 + 7 C 6 (x) 67 C 7 (x) 7

= 1 – 7x + 21x 2 – 35x 3 + 35x 4 – 21x 5 + 7x 6 – x 7

Ahora, el producto se verá de la siguiente manera

(1 + 2x) 6 (1 – x) 7 = (1 + 12 x + 60x 2 + 160 x 3 + 240 x 4 + 192 x 5 + 64x 6 ) (1 – 7x + 21x 2 – 35x 3 + 35x 4 – 21x 5 + 7x 6 – x 7 )

Aquí, lo que podemos ver es que x 5 se obtendrá cuando se multipliquen dos términos que tienen la suma de potencias de x como 5. Esos dos términos quedarán de la siguiente manera:

primer binomio segundo binomio
1er término _ 6to término _
2do término  _ 5to término _
3er término _ 4to término _
4to término _ 3er término _
5to término _ 2do término  _
6to término _ 1er término _

Asi que, 

Coeficiente de x 5 = (1)(-21) + (12)(35) + (60)(-35) + (160)(21) + (240)(-7) + (192)(1)

Coeficiente de x 5 = -21 + 420 – 2100 + 3360 – 1680 + 192

Coeficiente de x 5 = -21 + 420 – 2100 + 3360 – 1680 + 192

Coeficiente de x 5 = 171

Por lo tanto, el coeficiente de x 5 en la expresión (1+2x) 6 (1-x) 7 es 171.

Pregunta 4. Si a y b son enteros distintos, probar que a – b es factor de a n – b n , siempre que n sea un entero positivo.

[Sugerencia escriba an = (a – b + b) n y expanda]

Soluciones:

Para probar que (a – b) es un factor de (a n – b n ), 

a n – b n = k (a – b) donde k es un número natural o constante.

a se puede escribir como = a – b + b

un norte = (a – b + b) norte = [(a – b) + b] norte

[(a – b) + b] norte = norte C 0 (a – b) norte + norte C 1 (a – b) n-1 segundo + ………. norte C n-1 (a – b)b n-1 + norte C norte segundo norte

un norte = (a – b) norte + norte (a – b) n-1 b + ………. norte C n-1 (a – b)b n-1 + b norte

Ahora, a n – b n será

un norte – segundo norte = [(a – b) norte + norte (a – b) n-1 segundo + ………. n C n-1 (a – b)b n-1 + b n ] – b n

un norte – segundo norte = (a – b) norte + norte (a – b) n-1 segundo + ………. n C n-1 (a – b)b n-1

Tomando (ab) común, tenemos

un norte segundo norte = (a – b) [(a –b) n-1 + norte (a – b) n-2 b + …… + norte C n-1 b n-1 ]

un norte – segundo norte = (a – b) k

Donde k = [(a –b) n-1 + n (a – b) n-2 b + …… + n C n-1 b n-1 ] es un número natural

Por tanto, se prueba que a – b es un factor de a n – b n , donde n es un entero positivo

Pregunta 5. Evaluar.

Soluciones:

Usando el teorema del binomio, la expresión (a + b) 6 y (a – b) 6 , se puede expandir de la siguiente manera:

(a + b) 6 = 6 C0 a 6 + 6 C 1 a 5 b + 6 C 2 a 4 b 2 + 6 C 3 a 3 b 3 + 6 C 4 a 2 b 4 + 6 C 5 ab 5 + 6 do 6 segundo 6

(a – b) 6 = 6 C 0 a 66 C 1 a 5 b + 6 C 2 a 4 b 26 C 3 a 3 b 3 + 6 C 4 a 2 b 46 C 5 ab 5 + 6 C 6 b 6

Ahora agregándolos,

(a + b) 6 – (a – b) 6 = 6 C 0 a 6 + 6 C 1 a 5 b + 6 C 2 a 4 b 2 + 6 C 3 a 3 b 3 + 6 C 4 a 2 b 4 + 6 C 5 ab 5 + 6 C 6 b 6 – [ 6 C 0 a 66 C 1 a 5 b + 6 C 2 a 4 b 26 C 3 a 3 b 3 + 6 C 4 a 2 b 46 C 5 ab 5 + 6 C 6 b 6 ]

(a + b) 6 – (a – b) 6 = 2[ 6 C 1 a 5 b + 6 C 3 a 3 b 3 + 6 C 5 ab 5 ]

Sustituyendo a = √3 y b = √2, obtenemos

(√3 + √2) 6 – (√3 – √2) 6 = 2 [6 (√3) 5 (√2) + 20 (√3) 3 (√2) 3 + 6 (√3) (√ 2) 5 ]

= 2 [54(√6) + 120 (√6) + 24 √6]

= 2 (√6) (198)

= 396 √6

Pregunta 6. Encuentra el valor de  (a^2 + \sqrt{a^2-1})^4 + (a^2 - \sqrt{a^2-1})^4.

Soluciones:

Usando el teorema del binomio, la expresión (x+y) 4 y (x – y) 4 , se puede expandir de la siguiente manera:

(x + y) 4 = 4 C 0 x 4 + 4 C 1 x 3 y + 4 C 2 x 2 y 2 + 4 C 3 xy 3 + 4 C 4 y 4

(x – y) 4 = 4 C 0 x 44 C 1 x 3 y + 4 C 2 x 2 y 24 C 3 xy 3 + 4 C 4  y 4

Ahora agregándolos,

(x + y) 4 + (x – y) 4 = 4 C 0 x 4 + 4 C 1 x 3 y + 4 C 2 x 2 y 2 + 4 C 3 xy 3 + 4 C 4 y 4 + [ 4 C 0 x 44 C 1 x 3 y + 4 C 2 x 2 y 24 C 3 xy 3 + 4 C 4 y 4 ]

(x + y) 4 + (x – y) 4 = 2[ 4 C 0 x 4 + 4 C 2 x 2 y 2 + 4 C 4 y 4 ]

Sustituyendo x = a 2 y y =  \sqrt{a^2-1} , obtenemos

(a^2 + \sqrt{a^2-1})^4 + (a^2 - \sqrt{a^2-1})^4 = 2[(a^2)^4 +6 (a^2)^2 (\sqrt{a^2-1})^2 + (\sqrt{a^2-1})^4]

= 2[a 8 + 6a 4 (a 2 -1) + (a 2 -1) 2 ]

= 2[a 8 + 6a 6 – 6a 4 + (a 4 + 1 – 2(a 2 )(1))]

= 2[a 8 + 6a 6 – 6a 4 + a 4 + 1 – 2a 2 ]

= 2a 8 + 12a 6 – 10a 4 – 4a 2 + 2

Pregunta 7. Encuentra una aproximación de (0.99) 5 usando los primeros tres términos de su desarrollo.

Soluciones:

Para hacer 0.99 en forma binomial,

0,99 = 1 – 0,01

Ahora, aplicando el teorema del binomio, obtenemos

(0. 99) 5 = (1 – 0.01) 5

Tomando los primeros tres términos de su expansión, tenemos

= 5 C 0 (1) 55 C 1 (1) 4 (0.01) + 5 C 2 (1) 3 (0.01) 2

= 1 – 5 (0,01) + 10 (0,01) 2

= 1 – 0,05 + 0,001

= 0,951

Aproximación de (0,99) 5 = 0,951.

Pregunta 8. Encuentra n, si la razón del quinto término desde el principio al quinto término desde el final en la expansión de  (\sqrt[4]{2} + \frac{1}{\sqrt[4]{3}})^n es √6:1.

Soluciones:

Como, aquí se dice que tenemos que calcular

(Quinto término desde el principio: Quinto término desde el final) del Binomio = (\sqrt[4]{2} + \frac{1}{\sqrt[4]{3}})^n

En lugar de tomar el quinto término desde el final, invirtamos el término binomial y tomémoslo desde el principio.

Quinto término desde el final del binomio  (\sqrt[4]{2} + \frac{1}{\sqrt[4]{3}})^n = Quinto término desde el principio (\frac{1}{\sqrt[4]{3}}+ \sqrt[4]{2})^n

Avancemos más con esto

Como sabemos que (r+1) el término de (a+b) n se denota por,

T r+1 = n Cr a n-r b r

Quinto término desde el principio de  (\sqrt[4]{2} + \frac{1}{\sqrt[4]{3}})^n

T 5 = T 4+1 = norte C 4 (\sqrt[4]{2})^{n-4} (\frac{1}{\sqrt[4]{3}})^4

T 5 = norte C 4 (\sqrt[4]{2})^n(\frac{1}{\sqrt[4]{2} \times \sqrt[4]{3}})^4

T 5 = norte C 4 (\sqrt[4]{2})^n (\frac{1}{2 \times 3})

T 5 = n C 4  (\frac{(\sqrt[4]{2})^n}{6})  …………………………….(1)

Ahora, Quinto término desde el principio de  (\frac{1}{\sqrt[4]{3}}+ \sqrt[4]{2})^n,

T 5 = T 4+1 = norte C 4 (\frac{1}{\sqrt[4]{3}})^{n-4} (\sqrt[4]{2})^4

T 5 = norte C 4 \times \frac{(\frac{1}{\sqrt[4]{3}})^n}{(\frac{1}{\sqrt[4]{3}})^4} \times (2)

T 5 = norte C 4 \frac{(\frac{1}{\sqrt[4]{3}})^n}{(\frac{1}{3})} (2)

T 5 = norte C 4 (\frac{3}{(\sqrt[4]{3})^n}) (2)

T 5 = n C 4  (\frac{6}{(\sqrt[4]{3})^n})   ……………………….(2)

Ahora tomando la relación de (1) y (2), que es igual a √6:1

\frac{^nC_4 (\frac{(\sqrt[4]{2})^n}{6})}{^nC_4 (\frac{6}{(\sqrt[4]{3})^n})} = \sqrt{6}

\frac{(\sqrt[4]{2})^n \times (\sqrt[4]{3})^n}{(6\times 6)} = \sqrt{6}

(\sqrt[4]{6})^n = \sqrt{6} \times 36

6^{\frac{n}{4}} = 6^{\frac{5}{2}}

\frac{n}{4} = \frac{5}{2}

norte = \frac{5\times 4}{2}

norte = 10

Pregunta 9. Expande usando el teorema del binomio  (1+\frac{x}{2} - \frac{2}{x})^4, x≠0.

Soluciones:

Agrupando  (1+\frac{x}{2} - \frac{2}{x})^4   en forma binomial, tenemos

[(1+\frac{x}{2}) - \frac{2}{x}]^4

Comparándolo con (a+b) n ,

a =  (1+\frac{x}{2})  , b =  \frac{2}{x}   y n = 4

[(1+\frac{x}{2}) - \frac{2}{x}]^4   = 4 C 0 (1+\frac{x}{2})^4   –   4 C 1 (1+\frac{x}{2})^3 (\frac{2}{x})   + 4 C 2 (1+\frac{x}{2})^2 (\frac{2}{x})^2   – 4 C 3 (1+\frac{x}{2}) (\frac{2}{x})^3   + 4 C 4 (\frac{2}{x})^4

(1+\frac{x}{2})^4 - 4 (1+\frac{x}{2})^3 (\frac{2}{x}) + 6 (1+(\frac{x}{2})^2 (\frac{4}{x^2}) - 4 (1+\frac{x}{2}) (\frac{8}{x^3}) + (\frac{16}{x^4})

(1+\frac{x}{2})^4 -  (\frac{8}{x}) (1+\frac{x}{2})^3 + (\frac{24}{x^2}) (1+\frac{x}{2})^2  - 4 (\frac{8}{x^3} + (\frac{x}{2})(\frac{8}{x^3})) + (\frac{16}{x^4})

(1+\frac{x}{2})^4 -  (\frac{8}{x}) (1+\frac{x}{2})^3 + (\frac{24}{x^2}) (1+\frac{x}{2})^2  - 4 (\frac{8}{x^3} + \frac{4}{x^2}) + (\frac{16}{x^4})

Ahora, obtengamos el valor de  (1+\frac{x}{2})^4, (1+\frac{x}{2})^3   y (1+\frac{x}{2})^2

(1+\frac{x}{2})^2 = 12 + (\frac{x}{2})^2 + 2(1)(\frac{x}{2})

(1+\frac{x}{2})^2 = 1 + \frac{x^2}{4} + x

(1+\frac{x}{2})^3   = 3 C 0 (1) 3 + 3 C 1 (1) 2 (\frac{x}{2})   + 3 C 2 (1)  (\frac{x}{2})^2   + 3 C 3 (\frac{x}{2})^3

(1+\frac{x}{2})^3 = 1 + \frac{3x}{2} + \frac{3x^2}{4} + \frac{x^3}{8}

(1+\frac{x}{2})^4   = 4 C 0 (1) 4 + 4 C 1 (1) 3 (\frac{x}{2})   + 4 C 2 (1) 2 (\frac{x}{2})^2   + 4 C 3 (1)  (\frac{x}{2})^3   + 4 C 4 (\frac{x}{2})^4

(1+\frac{x}{2})^4 = 1 + 2x + \frac{3x^2}{2} + \frac{x^3}{2} + \frac{x^4}{16}

Ahora, sustituyendo estos valores en la ecuación principal, obtenemos

1 + 2x + \frac{3x^2}{2} + \frac{x^3}{2} + \frac{x^4}{16} -  (\frac{8}{x}) (1 + \frac{3x}{2} + \frac{3x^2}{4} + \frac{x^3}{8}) + (\frac{24}{x^2}) (1 + \frac{x^2}{4} + x)  - 4 (\frac{8}{x^3} + \frac{4}{x^2}) + (\frac{16}{x^4})

1 + 2x + \frac{3x^2}{2} + \frac{x^3}{2} + \frac{x^4}{16} -  (\frac{8}{x} + (\frac{8}{x})(\frac{3x}{2}) + (\frac{8}{x})(\frac{3x^2}{4}) + (\frac{8}{x})(\frac{x^3}{8})) + (\frac{24}{x^2} + (\frac{24}{x^2})(\frac{x^2}{4}) + (\frac{24}{x^2}) (x))  - (\frac{32}{x^3} + \frac{16}{x^2}) + (\frac{16}{x^4})

1 + 2x + \frac{3x^2}{2} + \frac{x^3}{2} + \frac{x^4}{16} -  \frac{8}{x} - 12 - 6x - x^2 + \frac{24}{x^2} + 6+ \frac{24}{x}  - \frac{32}{x^3} - \frac{16}{x^2}) + (\frac{16}{x^4})

\frac{16}{x} + \frac{8}{x^2} - \frac{32}{x^3} + \frac{16}{x^4} - 4x + \frac{x^2}{2} + \frac{x^3}{2} + \frac{x^4}{16} -  5

Pregunta 10. Encuentra la expansión de (3x 2 – 2ax + 3a 2 ) 3 usando el teorema del binomio.

Soluciones:

Agrupando (3x 2 – 2ax + 3a 2 ) 3 en forma binomial, tenemos

[3x 2 + (- 2ax + 3a 2 )] 3

Comparándolo con (a+b) n ,

a = 3x 2 , b = -a (2x-3a) y n = 3

[3x 2 + (-a (2x-3a))] 3

= 3 C 0 (3x 2 ) 3 +   3 C 1 (3x 2 ) 2 (-a (2x-3a)) +   3 C 2 (3x 2 ) (-a (2x-3a)) 2 +   3 C 3 ( -a (2x-3a)) 3

= 27x 6 + 3 (9x 4 ) (-a) (2x-3a) + 3 (3x 2 ) (-a) 2 (2x-3a) 2 + (-a) 3 (2x-3a) 3

= 27x 6 + (-54ax 5 + 81a 2 x 4 ) + 9a 2 x 2 (2x-3a) 2 – a 3 (2x-3a) 3

Ahora, obtengamos el valor de (2x-3a) 2 y (2x-3a) 3 .

(2x-3a) 2 = (2x) 2 + (3a) 2 – 2(2x)(3a)

(2x-3a) 2 = 4x 2 + 9a 2 -12xa

(2x-3a) 3 = (2x) 3 – (3a) 3 – 3(2x)(3a)(2x-3a)

(2x-3a) 3 = 8x 3 – 27a 3 – 36x 2 a +54xa 2

Ahora, sustituyendo estos valores en la ecuación principal, obtenemos

= 27x 6 – 54ax 5 + 81a 2 x 4 + 9a 2 x 2 (4x 2 + 9a 2 -12xa) – a 3 (8x 3 – 27a 3 – 36x 2 a + 54xa 2 )

= 27x 6 – 54ax 5 + 81a 2 x 4 + 36a 2 x 4 + 81a 4 x 2 -108x 3 a 3 – (8a 3 x 3 – 27a 6 – 36x 2 a 4 + 54xa 5)

= 27x 6 – 54ax 5 + 117a 2 x 4 + 81a 4 x 2 -108x 3 a 3 – 8a 3 x 3 + 27a 6 + 36x 2 a 4 – 54xa 5

= 27x 6 – 54ax 5 + 117a 2 x 4 – 116a 3 x 3 + 117a 4 x 2 – 54a 5 x + 27a 6

Publicación traducida automáticamente

Artículo escrito por _shinchancode y traducido por Barcelona Geeks. The original can be accessed here. Licence: CCBY-SA

Deja una respuesta

Tu dirección de correo electrónico no será publicada. Los campos obligatorios están marcados con *