二项式(3x3+1x)n(3 \sqrt[3]{x}+ \dfrac {1}{x})^{n}的展开式中的各项系数和为PP,所有二项式系数和为QQ,若P+Q=272P+Q=272,求展开式中的常数项.

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完整解法

1. 用赋值法与二项式系数性质分别表示各项系数和 $P$ 与二项式系数和 $Q$

在二项式 (3x3+1x)n(3 \sqrt[3]{x} + \dfrac{1}{x})^n 中,令 x=1x = 1,可得各项系数和:
P=(313+11)n=4nP = (3 \sqrt[3]{1} + \dfrac{1}{1})^n = 4^n
根据二项式系数的性质,所有二项式系数和为:
Q=2nQ = 2^n

2. 建立关于 $n$ 的方程并求出 $n$ 的值

由已知条件 P+Q=272P + Q = 272,代入 PP 和 QQ 得:
4n+2n=2724^n + 2^n = 272
设 y=2ny = 2^n(其中 y>0y > 0),则方程可化为一元二次方程:
y2+y−272=0y^2 + y - 272 = 0
因式分解得:
(y+17)(y−16)=0(y + 17)(y - 16) = 0
因为 y>0y > 0,所以 y=16y = 16,即 2n=162^n = 16,解得 n=4n = 4。

3. 写出 $n=4$ 时展开式的通项公式,并确定常数项对应的 $r$ 值

当 n=4n = 4 时,二项式为 (3x1/3+x−1)4(3x^{1/3} + x^{-1})^4。
展开式的通项公式为:
T_{r+1} = inom{4}{r} (3x^{1/3})^{4-r} (x^{-1})^r = inom{4}{r} 3^{4-r} x^{ rac{4-r}{3} - r} = inom{4}{r} 3^{4-r} x^{ rac{4-4r}{3}}
令 xx 的指数为 00,即:
4−4r3=0  ⟹  4−4r=0  ⟹  r=1\dfrac{4 - 4r}{3} = 0 \implies 4 - 4r = 0 \implies r = 1

4. 代入 $r=1$ 计算常数项的具体数值

将 r=1r = 1 代入通项公式,求得常数项为:
T_2 = inom{4}{1} \cdot 3^{4-1} = 4 imes 3^3 = 4 imes 27 = 108

答案

展开式中的常数项为 108108。

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