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)

Dziedzina
Algebra
Twierdzenie
Wzór skróconego mnożenia na sześcian różnicy
Twierdzenie
Wzór skróconego mnożenia na kwadrat różnicy
Twierdzenie
Wzór skróconego mnożenia na różnicę kwadratów
Twierdzenie
Wzór skróconego mnożenia na kwadrat sumy
Twierdzenie
Wzór skróconego mnożenia na sumę sześcianów
Twierdzenie
Wzór skróconego mnożenia na różnicę sześcianów
Twierdzenie
Wzory skróconego mnożenia
Twierdzenie
Dwumian Newtona
Twierdzenie
Wzór skróconego mnożenia na różnicę jednostkową potęg
Twierdzenie
Wzór skróconego mnożenia na różnicę potęg
Twierdzenie
Wzór skróconego mnożenia na sześcian sumy
Twierdzenie
Wzór skróconego mnożenia na kwadrat sumy trzech składników
Definicja
Potęgowanie
Definicja
Wyrażenie algebraiczne

Komentarze (0)

Sortuj