在 (x+kx)5\left(x + \frac{k}{x}\right)^5 的二项式展开式中,其中 kk 是正常数,x3x^3 与 xx 的系数相同。求 kk 的值。

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完整解法

7(b)

1. Write down the general term of the binomial expansion

The general term is given by:
Tr+1=(5r)x5−r(kx)rT_{r+1} = \binom{5}{r} x^{5-r} \left(\frac{k}{x}\right)^r
Tr+1=(5r)krx5−2rT_{r+1} = \binom{5}{r} k^r x^{5-2r}

2. Find the coefficient of $x^3$

For the x3x^3 term, the power of xx must be 3:
5−2r=35 - 2r = 3
2r=2  ⟹  r=12r = 2 \implies r = 1
The coefficient of x3x^3 is:
(51)k1=5k\binom{5}{1} k^1 = 5k

3. Find the coefficient of $x$

For the xx term, the power of xx must be 1:
5−2r=15 - 2r = 1
2r=4  ⟹  r=22r = 4 \implies r = 2
The coefficient of xx is:
(52)k2=10k2\binom{5}{2} k^2 = 10k^2

4. Equate the coefficients and solve for $k$

Since the coefficients are the same:
10k2=5k10k^2 = 5k
10k2−5k=010k^2 - 5k = 0
5k(2k−1)=05k(2k - 1) = 0
Since kk is a positive constant, k≠0k \neq 0.
2k−1=0  ⟹  k=122k - 1 = 0 \implies k = \frac{1}{2}

答案

k=12k = \frac{1}{2}

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