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第 434 題:二項式定理

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  1. 原題與已知條件
  2. 定義與適用範圍
  3. 逐步推導
  4. 逐步反向核對
  5. 結論
  6. 本題覆核與來源綁定

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P1000-0434 · q-20261014-advance-20261109-r05-binomial-theorem-0059

原題與已知條件

commutative coefficient setting與n in natural including zero。操作=binomial-evaluation-identity;資料={"n":8,"x":-2,"y":-1}。請依 exact_ordered_tuple_declared_by_interface 欄序回答。

  • G001 — commutative coefficient setting與n in natural including zero。操作=binomial-evaluation-identity;資料={"n":8,"x":-2,"y":-1}。請依 exact_ordered_tuple_declared_by_interface 欄序回答。

定義與適用範圍

n 為非負整數且 x、y 可交換;逐項 C(n,k)x^(n−k)y^k 加總,零次冪為 1。

逐步推導

S001 · implies

操作前

n=8≥0; multiplication commutes

操作後

group the finite product by the number of y choices

條件:無

每個因子選x或y,依選y的次數分組,係數先作整數計數。

步驟識別與依賴

規則:commutative_product · 依賴:G001

S002 · calculation

操作前

x+y := sum(-2, -1)

操作後

x+y = -3

條件:無

先直接計算和。

步驟識別與依賴

規則:exact_rational_arithmetic · 依賴:G001, S001

S003 · implies

操作前

(x+y)^n: (-3)^8

操作後

(x+y)^n = 6561

條件:無

以非負整數次的有限乘積計算;零次為乘法單位元。

步驟識別與依賴

規則:integer_power · 依賴:G001, S002

S004 · implies

操作前

choose 0 positions out of 8

操作後

C(8,0)=40320/(1·40320)=1

條件:無

選取 k 個位置的每個子集只計一次;除掉兩組內部排列後得到整數係數。

步驟識別與依賴

規則:subset_count · 依賴:G001, S003

S005 · implies

操作前

x^8: (-2)^8

操作後

x^8 = 256

條件:無

以非負整數次的有限乘積計算;零次為乘法單位元。

步驟識別與依賴

規則:integer_power · 依賴:G001, S004

S006 · implies

操作前

y^0: (-1)^0

操作後

y^0 = 1

條件:無

以非負整數次的有限乘積計算;零次為乘法單位元。

步驟識別與依賴

規則:integer_power · 依賴:G001, S005

S007 · calculation

操作前

C·x power (k=0) := mul(1, 256)

操作後

C·x power (k=0) = 256

條件:無

先把係數乘上x項。

步驟識別與依賴

規則:exact_rational_arithmetic · 依賴:G001, S006

S008 · calculation

操作前

term[0] := mul(256, 1)

操作後

term[0] = 256

條件:無

再乘y項,保留負底數的整個括號。

步驟識別與依賴

規則:exact_rational_arithmetic · 依賴:G001, S007

S009 · implies

操作前

choose 1 positions out of 8

操作後

C(8,1)=40320/(1·5040)=8

條件:無

選取 k 個位置的每個子集只計一次;除掉兩組內部排列後得到整數係數。

步驟識別與依賴

規則:subset_count · 依賴:G001, S008

S010 · implies

操作前

x^7: (-2)^7

操作後

x^7 = -128

條件:無

以非負整數次的有限乘積計算;零次為乘法單位元。

步驟識別與依賴

規則:integer_power · 依賴:G001, S009

S011 · implies

操作前

y^1: (-1)^1

操作後

y^1 = -1

條件:無

以非負整數次的有限乘積計算;零次為乘法單位元。

步驟識別與依賴

規則:integer_power · 依賴:G001, S010

S012 · calculation

操作前

C·x power (k=1) := mul(8, -128)

操作後

C·x power (k=1) = -1024

條件:無

先把係數乘上x項。

步驟識別與依賴

規則:exact_rational_arithmetic · 依賴:G001, S011

S013 · calculation

操作前

term[1] := mul(-1024, -1)

操作後

term[1] = 1024

條件:無

再乘y項,保留負底數的整個括號。

步驟識別與依賴

規則:exact_rational_arithmetic · 依賴:G001, S012

S014 · implies

操作前

choose 2 positions out of 8

操作後

C(8,2)=40320/(2·720)=28

條件:無

選取 k 個位置的每個子集只計一次;除掉兩組內部排列後得到整數係數。

步驟識別與依賴

規則:subset_count · 依賴:G001, S013

S015 · implies

操作前

x^6: (-2)^6

操作後

x^6 = 64

條件:無

以非負整數次的有限乘積計算;零次為乘法單位元。

步驟識別與依賴

規則:integer_power · 依賴:G001, S014

S016 · implies

操作前

y^2: (-1)^2

操作後

y^2 = 1

條件:無

以非負整數次的有限乘積計算;零次為乘法單位元。

步驟識別與依賴

規則:integer_power · 依賴:G001, S015

S017 · calculation

操作前

C·x power (k=2) := mul(28, 64)

操作後

C·x power (k=2) = 1792

條件:無

先把係數乘上x項。

步驟識別與依賴

規則:exact_rational_arithmetic · 依賴:G001, S016

S018 · calculation

操作前

term[2] := mul(1792, 1)

操作後

term[2] = 1792

條件:無

再乘y項,保留負底數的整個括號。

步驟識別與依賴

規則:exact_rational_arithmetic · 依賴:G001, S017

S019 · implies

操作前

choose 3 positions out of 8

操作後

C(8,3)=40320/(6·120)=56

條件:無

選取 k 個位置的每個子集只計一次;除掉兩組內部排列後得到整數係數。

步驟識別與依賴

規則:subset_count · 依賴:G001, S018

S020 · implies

操作前

x^5: (-2)^5

操作後

x^5 = -32

條件:無

以非負整數次的有限乘積計算;零次為乘法單位元。

步驟識別與依賴

規則:integer_power · 依賴:G001, S019

S021 · implies

操作前

y^3: (-1)^3

操作後

y^3 = -1

條件:無

以非負整數次的有限乘積計算;零次為乘法單位元。

步驟識別與依賴

規則:integer_power · 依賴:G001, S020

S022 · calculation

操作前

C·x power (k=3) := mul(56, -32)

操作後

C·x power (k=3) = -1792

條件:無

先把係數乘上x項。

步驟識別與依賴

規則:exact_rational_arithmetic · 依賴:G001, S021

S023 · calculation

操作前

term[3] := mul(-1792, -1)

操作後

term[3] = 1792

條件:無

再乘y項,保留負底數的整個括號。

步驟識別與依賴

規則:exact_rational_arithmetic · 依賴:G001, S022

S024 · implies

操作前

choose 4 positions out of 8

操作後

C(8,4)=40320/(24·24)=70

條件:無

選取 k 個位置的每個子集只計一次;除掉兩組內部排列後得到整數係數。

步驟識別與依賴

規則:subset_count · 依賴:G001, S023

S025 · implies

操作前

x^4: (-2)^4

操作後

x^4 = 16

條件:無

以非負整數次的有限乘積計算;零次為乘法單位元。

步驟識別與依賴

規則:integer_power · 依賴:G001, S024

S026 · implies

操作前

y^4: (-1)^4

操作後

y^4 = 1

條件:無

以非負整數次的有限乘積計算;零次為乘法單位元。

步驟識別與依賴

規則:integer_power · 依賴:G001, S025

S027 · calculation

操作前

C·x power (k=4) := mul(70, 16)

操作後

C·x power (k=4) = 1120

條件:無

先把係數乘上x項。

步驟識別與依賴

規則:exact_rational_arithmetic · 依賴:G001, S026

S028 · calculation

操作前

term[4] := mul(1120, 1)

操作後

term[4] = 1120

條件:無

再乘y項,保留負底數的整個括號。

步驟識別與依賴

規則:exact_rational_arithmetic · 依賴:G001, S027

S029 · implies

操作前

choose 5 positions out of 8

操作後

C(8,5)=40320/(120·6)=56

條件:無

選取 k 個位置的每個子集只計一次;除掉兩組內部排列後得到整數係數。

步驟識別與依賴

規則:subset_count · 依賴:G001, S028

S030 · implies

操作前

x^3: (-2)^3

操作後

x^3 = -8

條件:無

以非負整數次的有限乘積計算;零次為乘法單位元。

步驟識別與依賴

規則:integer_power · 依賴:G001, S029

S031 · implies

操作前

y^5: (-1)^5

操作後

y^5 = -1

條件:無

以非負整數次的有限乘積計算;零次為乘法單位元。

步驟識別與依賴

規則:integer_power · 依賴:G001, S030

S032 · calculation

操作前

C·x power (k=5) := mul(56, -8)

操作後

C·x power (k=5) = -448

條件:無

先把係數乘上x項。

步驟識別與依賴

規則:exact_rational_arithmetic · 依賴:G001, S031

S033 · calculation

操作前

term[5] := mul(-448, -1)

操作後

term[5] = 448

條件:無

再乘y項,保留負底數的整個括號。

步驟識別與依賴

規則:exact_rational_arithmetic · 依賴:G001, S032

S034 · implies

操作前

choose 6 positions out of 8

操作後

C(8,6)=40320/(720·2)=28

條件:無

選取 k 個位置的每個子集只計一次;除掉兩組內部排列後得到整數係數。

步驟識別與依賴

規則:subset_count · 依賴:G001, S033

S035 · implies

操作前

x^2: (-2)^2

操作後

x^2 = 4

條件:無

以非負整數次的有限乘積計算;零次為乘法單位元。

步驟識別與依賴

規則:integer_power · 依賴:G001, S034

S036 · implies

操作前

y^6: (-1)^6

操作後

y^6 = 1

條件:無

以非負整數次的有限乘積計算;零次為乘法單位元。

步驟識別與依賴

規則:integer_power · 依賴:G001, S035

S037 · calculation

操作前

C·x power (k=6) := mul(28, 4)

操作後

C·x power (k=6) = 112

條件:無

先把係數乘上x項。

步驟識別與依賴

規則:exact_rational_arithmetic · 依賴:G001, S036

S038 · calculation

操作前

term[6] := mul(112, 1)

操作後

term[6] = 112

條件:無

再乘y項,保留負底數的整個括號。

步驟識別與依賴

規則:exact_rational_arithmetic · 依賴:G001, S037

S039 · implies

操作前

choose 7 positions out of 8

操作後

C(8,7)=40320/(5040·1)=8

條件:無

選取 k 個位置的每個子集只計一次;除掉兩組內部排列後得到整數係數。

步驟識別與依賴

規則:subset_count · 依賴:G001, S038

S040 · implies

操作前

x^1: (-2)^1

操作後

x^1 = -2

條件:無

以非負整數次的有限乘積計算;零次為乘法單位元。

步驟識別與依賴

規則:integer_power · 依賴:G001, S039

S041 · implies

操作前

y^7: (-1)^7

操作後

y^7 = -1

條件:無

以非負整數次的有限乘積計算;零次為乘法單位元。

步驟識別與依賴

規則:integer_power · 依賴:G001, S040

S042 · calculation

操作前

C·x power (k=7) := mul(8, -2)

操作後

C·x power (k=7) = -16

條件:無

先把係數乘上x項。

步驟識別與依賴

規則:exact_rational_arithmetic · 依賴:G001, S041

S043 · calculation

操作前

term[7] := mul(-16, -1)

操作後

term[7] = 16

條件:無

再乘y項,保留負底數的整個括號。

步驟識別與依賴

規則:exact_rational_arithmetic · 依賴:G001, S042

S044 · implies

操作前

choose 8 positions out of 8

操作後

C(8,8)=40320/(40320·1)=1

條件:無

選取 k 個位置的每個子集只計一次;除掉兩組內部排列後得到整數係數。

步驟識別與依賴

規則:subset_count · 依賴:G001, S043

S045 · implies

操作前

x^0: (-2)^0

操作後

x^0 = 1

條件:無

以非負整數次的有限乘積計算;零次為乘法單位元。

步驟識別與依賴

規則:integer_power · 依賴:G001, S044

S046 · implies

操作前

y^8: (-1)^8

操作後

y^8 = 1

條件:無

以非負整數次的有限乘積計算;零次為乘法單位元。

步驟識別與依賴

規則:integer_power · 依賴:G001, S045

S047 · calculation

操作前

C·x power (k=8) := mul(1, 1)

操作後

C·x power (k=8) = 1

條件:無

先把係數乘上x項。

步驟識別與依賴

規則:exact_rational_arithmetic · 依賴:G001, S046

S048 · calculation

操作前

term[8] := mul(1, 1)

操作後

term[8] = 1

條件:無

再乘y項,保留負底數的整個括號。

步驟識別與依賴

規則:exact_rational_arithmetic · 依賴:G001, S047

S049 · calculation

操作前

expanded sum := sum(256, 1024, 1792, 1792, 1120, 448, 112, 16, 1)

操作後

expanded sum = 6561

條件:無

所有k都已列出,逐項加總,不只取首尾項。

步驟識別與依賴

規則:exact_rational_arithmetic · 依賴:G001, S048

S050 · implies

操作前

direct=6561; expanded=6561

操作後

identity holds: 是

條件:無

兩條計算路徑一致,核對本題的有限二項恆等式。

步驟識別與依賴

規則:finite_expansion_evaluation · 依賴:G001, S049

逐步反向核對

  • S050 · premise_and_result_audit — 係數先在整數中計數;不在一般係數環中除以可能不可逆的階乘。
  • S049 · premise_and_result_audit — 以精確有理數重算 expanded sum,不以小數近似替代。
  • S048 · premise_and_result_audit — 以精確有理數重算 term[8],不以小數近似替代。
  • S047 · premise_and_result_audit — 以精確有理數重算 C·x power (k=8),不以小數近似替代。
  • S046 · premise_and_result_audit — 係數先在整數中計數;不在一般係數環中除以可能不可逆的階乘。
  • S045 · premise_and_result_audit — 係數先在整數中計數;不在一般係數環中除以可能不可逆的階乘。
  • S044 · premise_and_result_audit — 係數先在整數中計數;不在一般係數環中除以可能不可逆的階乘。
  • S043 · premise_and_result_audit — 以精確有理數重算 term[7],不以小數近似替代。
  • S042 · premise_and_result_audit — 以精確有理數重算 C·x power (k=7),不以小數近似替代。
  • S041 · premise_and_result_audit — 係數先在整數中計數;不在一般係數環中除以可能不可逆的階乘。
  • S040 · premise_and_result_audit — 係數先在整數中計數;不在一般係數環中除以可能不可逆的階乘。
  • S039 · premise_and_result_audit — 係數先在整數中計數;不在一般係數環中除以可能不可逆的階乘。
  • S038 · premise_and_result_audit — 以精確有理數重算 term[6],不以小數近似替代。
  • S037 · premise_and_result_audit — 以精確有理數重算 C·x power (k=6),不以小數近似替代。
  • S036 · premise_and_result_audit — 係數先在整數中計數;不在一般係數環中除以可能不可逆的階乘。
  • S035 · premise_and_result_audit — 係數先在整數中計數;不在一般係數環中除以可能不可逆的階乘。
  • S034 · premise_and_result_audit — 係數先在整數中計數;不在一般係數環中除以可能不可逆的階乘。
  • S033 · premise_and_result_audit — 以精確有理數重算 term[5],不以小數近似替代。
  • S032 · premise_and_result_audit — 以精確有理數重算 C·x power (k=5),不以小數近似替代。
  • S031 · premise_and_result_audit — 係數先在整數中計數;不在一般係數環中除以可能不可逆的階乘。
  • S030 · premise_and_result_audit — 係數先在整數中計數;不在一般係數環中除以可能不可逆的階乘。
  • S029 · premise_and_result_audit — 係數先在整數中計數;不在一般係數環中除以可能不可逆的階乘。
  • S028 · premise_and_result_audit — 以精確有理數重算 term[4],不以小數近似替代。
  • S027 · premise_and_result_audit — 以精確有理數重算 C·x power (k=4),不以小數近似替代。
  • S026 · premise_and_result_audit — 係數先在整數中計數;不在一般係數環中除以可能不可逆的階乘。
  • S025 · premise_and_result_audit — 係數先在整數中計數;不在一般係數環中除以可能不可逆的階乘。
  • S024 · premise_and_result_audit — 係數先在整數中計數;不在一般係數環中除以可能不可逆的階乘。
  • S023 · premise_and_result_audit — 以精確有理數重算 term[3],不以小數近似替代。
  • S022 · premise_and_result_audit — 以精確有理數重算 C·x power (k=3),不以小數近似替代。
  • S021 · premise_and_result_audit — 係數先在整數中計數;不在一般係數環中除以可能不可逆的階乘。
  • S020 · premise_and_result_audit — 係數先在整數中計數;不在一般係數環中除以可能不可逆的階乘。
  • S019 · premise_and_result_audit — 係數先在整數中計數;不在一般係數環中除以可能不可逆的階乘。
  • S018 · premise_and_result_audit — 以精確有理數重算 term[2],不以小數近似替代。
  • S017 · premise_and_result_audit — 以精確有理數重算 C·x power (k=2),不以小數近似替代。
  • S016 · premise_and_result_audit — 係數先在整數中計數;不在一般係數環中除以可能不可逆的階乘。
  • S015 · premise_and_result_audit — 係數先在整數中計數;不在一般係數環中除以可能不可逆的階乘。
  • S014 · premise_and_result_audit — 係數先在整數中計數;不在一般係數環中除以可能不可逆的階乘。
  • S013 · premise_and_result_audit — 以精確有理數重算 term[1],不以小數近似替代。
  • S012 · premise_and_result_audit — 以精確有理數重算 C·x power (k=1),不以小數近似替代。
  • S011 · premise_and_result_audit — 係數先在整數中計數;不在一般係數環中除以可能不可逆的階乘。
  • S010 · premise_and_result_audit — 係數先在整數中計數;不在一般係數環中除以可能不可逆的階乘。
  • S009 · premise_and_result_audit — 係數先在整數中計數;不在一般係數環中除以可能不可逆的階乘。
  • S008 · premise_and_result_audit — 以精確有理數重算 term[0],不以小數近似替代。
  • S007 · premise_and_result_audit — 以精確有理數重算 C·x power (k=0),不以小數近似替代。
  • S006 · premise_and_result_audit — 係數先在整數中計數;不在一般係數環中除以可能不可逆的階乘。
  • S005 · premise_and_result_audit — 係數先在整數中計數;不在一般係數環中除以可能不可逆的階乘。
  • S004 · premise_and_result_audit — 係數先在整數中計數;不在一般係數環中除以可能不可逆的階乘。
  • S003 · premise_and_result_audit — 係數先在整數中計數;不在一般係數環中除以可能不可逆的階乘。
  • S002 · premise_and_result_audit — 以精確有理數重算 x+y,不以小數近似替代。
  • S001 · premise_and_result_audit — 係數先在整數中計數;不在一般係數環中除以可能不可逆的階乘。

結論

(8, -2, -1, 6561, 6561, 是)

上述完整代值與條件核對得到原題答案;欄位次序及真假標記保持原始合約。

本題覆核與來源綁定

覆核日期:2026-10-26

原題、答案、步驟表達式、數值 AST 與既有歷史保持原樣;原來的候選狀態屬於來源歷史,不覆寫為形式化證明。

來源雜湊與覆核憑證
  • input commit: 0f7be61e2c22317a4075561dc822c87d881a50db
  • original question SHA-256: 0b64e16b5d2d9c07d534b43ee23698ac4c54b2c8e092dc18793fc246567e1ee5
  • candidate record SHA-256: f848a1977b0b9018775581c6e279c7c3f602493c0b92c3fc14395c7a345f7fa4
  • semantic review receipt SHA-256: 6c2c6d46aded7582a11ac41a8c0b3bdde2669a53bdb6e796eea2039994a02772
  • question-first witness SHA-256: 77e43898df9efdbf8094ad81fe4ab91cf4b4bd82f481eb9b4699b73cb4da612b
  • Lean: NOT_RUN · human review: NOT_PERFORMED
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