已知(x+4x−4)6=a1x6+a2x5+⋯+a7+⋯+a13x−6(x+\dfrac{4}{x}-4)^{6}=a_{1}x^{6}+a_{2}x^{5}+⋯+a_{7}+⋯+a_{13}x^{-6},则a2=a_{2}=,6a1+5a2+⋯+a6−a8−2a9−⋯−6a13=6a_{1}+5a_{2}+⋯+a_{6}-a_{8}-2a_{9}-⋯-6a_{13}=.(.(结果用数字表示).).

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完整解法

1. 化简底数代数式

已知代数式中的底数部分可以进行通分和因式分解:
x+4x−4=x2−4x+4x=(x−2)2xx+\dfrac{4}{x}-4 = \dfrac{x^2 - 4x + 4}{x} = \dfrac{(x-2)^2}{x}
因此,原函数可以写为:
f(x)=(x+4x−4)6=[(x−2)2x]6=(x−2)12x6f(x) = \left(x+\dfrac{4}{x}-4\right)^{6} = \left[\dfrac{(x-2)^2}{x}\right]^6 = \dfrac{(x-2)^{12}}{x^6}

2. 利用二项式定理求出 $a_2$ 的值

根据二项式定理,(x−2)12(x-2)^{12} 的展开式通项为:
Tr+1=C12rx12−r(−2)rT_{r+1} = C_{12}^r x^{12-r} (-2)^r
故 f(x)=(x−2)12x6f(x) = \dfrac{(x-2)^{12}}{x^6} 的展开式通项为:
tr+1=C12rx12−r(−2)rx6=C12r(−2)rx6−rt_{r+1} = \dfrac{C_{12}^r x^{12-r} (-2)^r}{x^6} = C_{12}^r (-2)^r x^{6-r}
要求 a2a_2(即 x5x^5 的系数),令 6−r=56-r = 5,解得 r=1r=1。
代入得:
a2=C121⋅(−2)1=12⋅(−2)=−24a_2 = C_{12}^1 \cdot (-2)^1 = 12 \cdot (-2) = -24

3. 将待求系数和式转化为导数在特定点的值

由于 f(x)=a1x6+a2x5+⋯+a7+⋯+a13x−6f(x) = a_{1}x^{6}+a_{2}x^{5}+⋯+a_{7}+⋯+a_{13}x^{-6},
对其两边关于 xx 求导得:
f′(x)=6a1x5+5a2x4+⋯+a6−a8x−2−2a9x−3−⋯−6a13x−7f'(x) = 6a_{1}x^{5}+5a_{2}x^{4}+⋯+a_{6}-a_{8}x^{-2}-2a_{9}x^{-3}-⋯-6a_{13}x^{-7}
令 x=1x=1,代入上式得:
f′(1)=6a1+5a2+⋯+a6−a8−2a9−⋯−6a13f'(1) = 6a_{1}+5a_{2}+⋯+a_{6}-a_{8}-2a_{9}-⋯-6a_{13}
因此待求表达式的值即为 f′(1)f'(1)。

4. 求导并计算 $f'(1)$ 的值

对 f(x)=(x−2)12x6=(x−2)12x−6f(x) = \dfrac{(x-2)^{12}}{x^6} = (x-2)^{12} x^{-6} 求导:
f′(x)=12(x−2)11x−6+(x−2)12⋅(−6)x−7=6(x−2)11x−7[2x−(x−2)]=6(x−2)11(x+2)x7f'(x) = 12(x-2)^{11} x^{-6} + (x-2)^{12} \cdot (-6) x^{-7} = 6(x-2)^{11} x^{-7} [2x - (x-2)] = \dfrac{6(x-2)^{11}(x+2)}{x^7}
将 x=1x=1 代入:
f′(1)=6(1−2)11(1+2)17=6⋅(−1)11⋅3=−18f'(1) = \dfrac{6(1-2)^{11}(1+2)}{1^7} = 6 \cdot (-1)^{11} \cdot 3 = -18
所以待求代数式的值为 −18-18。

答案

-24, -18

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