logo

Wzory skróconego mnożenia

Wzory skróconego mnożenia są niezwykle przydatne w matematyce, ponieważ upraszczają przeprowadzanie dowodów oraz przekształcenia algebraiczne. Stosujemy je w sytuacjach, gdy chcemy przekształcić iloczyn wyrażeń w nawiasach na sumę algebraiczną lub odwrotnie – gdy istnieje potrzeba zapisu skomplikowanych sum algebraicznych w postaci iloczynu prostszych wyrażeń w nawiasach. Dzięki nim obliczenia stają się bardziej przejrzyste i efektywne, co jest szczególnie cenne w rozwiązywaniu równań, nierówności czy dowodzeniu twierdzeń.

Twierdzenie 1

Dla dowolnych liczb a,bRa,b\in\mathbb{R} zachodzi:

(a+b)2=a2+2ab+b2(a+b)^2 = a^2 + 2ab+ b^2
(0)

Twierdzenie 2

Dla dowolnych liczb a,bRa,b\in\mathbb{R} zachodzi:

(ab)2=a22ab+b2(a-b)^2 = a^2 - 2ab +b^2
(0)

Twierdzenie 3

Dla dowolnych liczb a,bRa,b\in\mathbb{R} zachodzi:

a2b2=(ab)(a+b)a^2 - b^2 = (a-b)(a+b)
(0)

Twierdzenie 4

Dla dowolnych liczb a,bRa,b\in\mathbb{R} zachodzi:

(a+b)3=a3+3a2b+3ab2+b3(a+b)^3 = a^3 + 3a^2b + 3ab^2 + b^3
(0)

Twierdzenie 5

Dla dowolnych liczb a,bRa,b\in\mathbb{R} zachodzi:

(ab)3=a33a2b+3ab2b3(a-b)^3 = a^3 - 3a^2b + 3ab^2 - b^3
(0)

Twierdzenie 6

Dla dowolnych liczb a,bRa,b\in\mathbb{R} zachodzi:

a3+b3=(a+b)(a2ab+b2)a^3 + b^3 = (a+b) (a^2 - ab + b^2)
(0)

Twierdzenie 7

Dla dowolnych liczb a,bRa,b\in\mathbb{R} zachodzi:

a3b3=(ab)(a2+ab+b2)a^3 - b^3 = (a-b)(a^2 + ab + b^2)
(0)

Twierdzenie 8

Dla dowolnych liczb a,b,cRa,b,c\in\mathbb{R} zachodzi:

(a+b+c)2=a2+b2+c2+2(ab+ac+bc)(a + b + c)^2 = a^2 + b^2 + c^2 + 2(ab + ac + bc)
(0)

Twierdzenie 9

Dla dowolnych liczb a,bRa,b\in\mathbb{R} zachodzi:

anbn=(ab)(an1+an2b++abn2+bn1)\begin{aligned} a^n-b^n&=(a-b)(a^{n-1}+a^{n-2}b+\ldots +ab^{n-2}+b^{n-1}) \end{aligned}
(0)

Twierdzenie 10

Dla dowolnych liczb a,bRa,b\in\mathbb{R} zachodzi:

an1=(a1)(an1+an2++a+1)\begin{aligned} a^n - 1 &= (a - 1)(a^{n-1} + a^{n-2} + \dots + a + 1) \end{aligned}
(0)

Zbierając wszystkie powyższe wzory skróconego do jednego Twierdzenia otrzymujemy:

Twierdzenie 11

Dla dowolnych liczb a,b,cRa,b,c\in\mathbb{R} zachodzi:

  • Kwadrat sumy

    (a+b)2=a2+2ab+b2(a+b)^2 = a^2 + 2ab+ b^2
    (0)

  • Kwadrat różnicy

    (ab)2=a22ab+b2(a-b)^2 = a^2 - 2ab +b^2
    (0)

  • Różnica kwadratów

    a2b2=(ab)(a+b)a^2 - b^2 = (a-b)(a+b)
    (0)

  • Różnica sześcianów

    a3b3=(ab)(a2+ab+b2)a^3 - b^3 = (a-b)(a^2 + ab + b^2)
    (0)

  • Suma sześcianów

    a3+b3=(a+b)(a2ab+b2)a^3 + b^3 = (a+b) (a^2 - ab + b^2)
    (0)

  • Sześcian sumy

    (a+b)3=a3+3a2b+3ab2+b3(a+b)^3 = a^3 + 3a^2b + 3ab^2 + b^3
    (0)

  • Sześcian różnicy

    (ab)3=a33a2b+3ab2b3(a-b)^3 = a^3 - 3a^2b + 3ab^2 - b^3
    (0)

  • Kwadrat sumy trzech składników

    (a+b+c)2=a2+b2+c2+2(ab+ac+bc)(a + b + c)^2 = a^2 + b^2 + c^2 + 2(ab + ac + bc)
    (0)

Dodatkowo:

anbn=(ab)(an1+an2b++abn2+bn1)an1=(a1)(an1+an2++a+1)\begin{aligned} a^n-b^n&=(a-b)(a^{n-1}+a^{n-2}b+\ldots +ab^{n-2}+b^{n-1})\\ a^n - 1 &= (a - 1)(a^{n-1} + a^{n-2} + \dots + a + 1) \end{aligned}
(0)

Wzory skróconego mnożenia można również wyprowadzić z dwumianu Newtona.

Twierdzenie 12

Dla dowolnego nNn\in\mathbb{N} prawdziwy jest następujący wzór zwany dwumianem Newtona:

(x+y)n=k=0n(nk)xnkyk=(n0)xny0+(n1)xn1y1+(n2)xn2y2++     (nn1)x1yn1+(nn)x0yn\begin{align*} (x+y)^n&=\sum_{k=0}^n\binom{n}{k}x^{n-k}y^k\\&=\binom{n}{0}x^ny^0+\binom{n}{1}x^{n-1}y^1+\binom{n}{2}x^{n-2}y^2+\ldots+\\ &\ \ \ \ \ \binom{n}{n-1}x^1y^{n-1}+\binom{n}{n}x^0y^n \end{align*}
(0)

gdzie liczby (nk)=n!k!(nk)!\displaystyle \binom{n}{k}=\frac{n!}{k!(n-k)!} nazywamy współczynnikiem rozwinięcia dwumianu Newtona.

Twierdzenie 13

Zachodzą następującego własności:

  • Dla dowolnego nNn\in\mathbb{N}:

    (n0)=1,(nn)=1\binom{n}{0}=1,\quad\binom{n}{n}=1
    (0)

  • Dla dowolnych n,kNn,k\in\mathbb{N}, knk\le n:

    (nk)=(nnk)\binom{n}{k}=\binom{n}{n-k}
    (0)

  • Dla dowolnych n,kNn,k\in\mathbb{N}, kn1k\le n-1:

    (nk)=(n1k1)+(n1k)\binom{n}{k}=\binom{n-1}{k-1}+\binom{n-1}{k}
    (0)

Dwumian Newtona można zobrazować za pomocą Trójkąta Pascala.

Definicja 1

Trójkąt Pascala to układ liczb w kształcie trójkąta, w którym każda liczba jest sumą dwóch liczb znajdujących się bezpośrednio nad nią w poprzednim wierszu.

Pierwszy wiersz zawiera tylko jedną liczbę: 11. Każdy kolejny wiersz zaczyna się i kończy jedynką, a pozostałe wartości są sumą dwóch sąsiednich liczb z poprzedniego wiersza.

Uwaga 1

Zauważ że trójkąt Pascala powstaje w wyniku zastosowania własności symbolu Newtona:

  • ponieważ zachodzi:

    (n0)=1,(nn)=1\binom{n}{0}=1,\quad\binom{n}{n}=1
    (0)

    to na brzegach trójkąta znajdują się jedynki

  • ponieważ zachodzi:

    (nk)=(nnk)\binom{n}{k}=\binom{n}{n-k}
    (0)

    to punkty które są jednakowo odległe od brzegów mają tę samą wartość

  • ponieważ zachodzi:

    (nk)=(n1k1)+(n1k)\binom{n}{k}=\binom{n-1}{k-1}+\binom{n-1}{k}
    (0)

    to każdy współczynnik jest sumą dwóch współczynników znajdujących się bezpośrednio nad nim.

Rys. 1.

Wzory skróconego mnożenia.

Przykład 1

  • usuwanie niewymierności z mianownika:

    235=2(35)(35)(3+5)=6253252=6254=352\begin{aligned}\frac{2}{3-\sqrt{5}}&=\frac{2(3-\sqrt{5})}{(3-\sqrt{5})(3+\sqrt{5})}\\&=\frac{6-2\sqrt{5}}{3^2-\sqrt{5}^2}=\frac{6-2\sqrt{5}}{4}\\&=\frac{3-\sqrt{5}}{2} \end{aligned}
    (0)

  • upraszczanie wyrażeń:

    (27)2+(72)2=447+7+747+4=22\begin{aligned} (2-\sqrt{7})^2+(\sqrt{7}-2)^2&=4-4\sqrt{7}+7+7-4\sqrt{7}+4\\&=22 \end{aligned}
    (0)

  • zamiana sumy algebraicznej na iloczyn (+znajdywanie miejsc zerowych funkcji):

    x3+6x2+12x4=x3+6x2+12x+812=(x+2)312\begin{aligned} x^3+6x^2+12x-4&=x^3+6x^2+12x+8-12\\ &=(x+2)^3-12 \end{aligned}
    (0)

    Szukając miejsc zerowych rozwiązujemy:

    (x+2)3=12    x+2=123(x+2)^3=12\iff x+2=\sqrt[3]{12}
    (0)

    a stąd

    x=1232x=\sqrt[3]{12}-2
    (0)

Komentarze (0)

Sortuj