写出 (px−qx)n\left(px - \dfrac{q}{x}\right)^n 的二项式展开式中的通项,其中 pp 和 qq 是正整数。 如果 (px−qx)n\left(px - \dfrac{q}{x}\right)^n 的二项式展开式中的第五项与 xx 无关,证明 n=8n = 8。 由此,若已知第五项为 1120 且 p−q=1p - q = 1,求 pp 和 qq 的值。

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完整解法

12(i)

1. Write down the general term using the binomial theorem formula

The general term Tr+1T_{r+1} in the expansion of (a+b)n(a+b)^n is given by (nr)an−rbr\binom{n}{r} a^{n-r} b^r.
Substituting a=pxa = px and b=−qxb = -\frac{q}{x}:
Tr+1=(nr)(px)n−r(−qx)rT_{r+1} = \binom{n}{r} (px)^{n-r} \left(-\frac{q}{x}\right)^r

答案

Tr+1=(nr)(px)n−r(−qx)rT_{r+1} = \binom{n}{r} (px)^{n-r} \left(-\frac{q}{x}\right)^r

12(ii)

1. Substitute $r = 4$ into the general term to find the fifth term

The general term is Tr+1=(nr)(px)n−r(−qx)rT_{r+1} = \binom{n}{r} (px)^{n-r} \left(-\frac{q}{x}\right)^r.
For the fifth term, r=4r = 4:
T5=(n4)(px)n−4(−qx)4T_5 = \binom{n}{4} (px)^{n-4} \left(-\frac{q}{x}\right)^4
T5=(n4)pn−4q4xn−4x−4T_5 = \binom{n}{4} p^{n-4} q^4 x^{n-4} x^{-4}
T5=(n4)pn−4q4xn−8T_5 = \binom{n}{4} p^{n-4} q^4 x^{n-8}

2. Equate the power of $x$ to zero to show $n = 8$

Since the term is independent of xx, the power of xx must be 00.
n−8=0n - 8 = 0
n=8n = 8 (shown)

答案

Shown that n=8n = 8.

12(iii)

1. Express the fifth term using $n=8$ and $r=4$

The fifth term is T5=T4+1T_5 = T_{4+1}. Using n=8n=8 from part (ii):
T5=(84)(px)8−4(−qx)4T_5 = \binom{8}{4} (px)^{8-4} \left(-\frac{q}{x}\right)^4
T5=70(p4x4)(q4x4)=70p4q4T_5 = 70 (p^4 x^4) \left(\frac{q^4}{x^4}\right) = 70 p^4 q^4

2. Equate the fifth term to 1120 and simplify

70p4q4=112070 p^4 q^4 = 1120
p4q4=16p^4 q^4 = 16
(pq)4=16(pq)^4 = 16
Since pp and qq are positive integers, pq=2pq = 2.

3. Solve the simultaneous equations for $p$ and $q$

We are given p−q=1p - q = 1, so p=q+1p = q + 1.
Substitute p=q+1p = q + 1 into pq=2pq = 2:
(q+1)q=2(q + 1)q = 2
q2+q−2=0q^2 + q - 2 = 0
(q+2)(q−1)=0(q + 2)(q - 1) = 0
Since qq is a positive integer, q=1q = 1.

4. Find the value of $p$

p=1+1=2p = 1 + 1 = 2

答案

p=2p = 2, q=1q = 1

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