Wzory skróconego mnożenia
5. Wzory skróconego mnożenia na deser

Matematycy to osobliwy naród – wszystko chcą upraszczać. Nie wystarczy im mnożenie wyrażeń algebraicznych, ale jeszcze muszą wymyślać dziwne wzory, które według jednych pomagają, a według innych tylko gmatwają obliczenia.
Nawet Goethe zauważył, że Matematycy są jak Francuzi: cokolwiek im się powie, od razu przekładają to na swój własny język i wówczas staje się to zupełnie czymś innym
.
Podobnie jak wzór skróconego mnożenia na kwadrat sumy dwóch wyrażeń, można rozważać wzór skróconego mnożenia na kwadrat sumy trzech, a nawet więcej wyrażeń. Właśnie w tym materiale będzie okazja, aby wyprowadzić taki wzór i poznać jego zastosowanie.
Zbierzemy też wiadomości na temat poznanych już wzorów skróconego mnożenia i rozwiniemy umiejętności ich wykorzystania.
Wyprowadzisz wzór skróconego mnożenia na kwadrat sumy (różnicy) trzech wyrażeń.
Zintegrujesz umiejętności wykorzystania poznanych wzorów skróconego mnożenia.
Wykorzystasz wzory skróconego mnożenia do rozkładu wyrażeń algebraicznych na czynniki.
Dobierzesz najefektywniejszy sposób zapisania w postaci iloczynu wyrażenia algebraicznego, analizując postać tego wyrażenia.
Kwadrat sumy
Korzystając ze wzoru na kwadrat sumy dwóch wyrażeń, możemy otrzymać wzór na kwadrat sumy trzech wyrażeńkwadrat sumy trzech wyrażeń.
Wzór skróconego mnożenia na kwadrat sumy trzech wyrażeń.
Kwadrat sumy trzech wyrażeń , , jest równy sumie kwadratów tych wyrażeń i podwojonych iloczynów , , .
Wzór na kwadrat sumy trzech wyrażeń można stosować, przekształcając wyrażenia algebraiczne czy w dowodach nierówności.
Wykażemy, że jeśli , , to .
Rozwiązanie:
Korzystamy ze wzoru na kwadrat sumy trzech wyrażeń
Ponieważ , , , zatem .
Stąd:
Wykażemy, że dla dowolnych liczb rzeczywistych , , zachodzi nierówność .
Rozwiązanie:
Oznaczmy przez różnicę wyrażeń z lewej i prawej strony nierówności.
Wykażemy, że ta różnica jest nieujemna.
Wykonujemy wskazane działania (korzystamy ze wzoru na kwadrat sumy trzech wyrażeńkwadrat sumy trzech wyrażeń).
Redukujemy wyrazy podobne.
Przekształcamy otrzymane wyrażenie tak, aby zapisać sumę w postaci sumy trzech kwadratów – korzystamy ze wzoru skróconego mnożenia na kwadrat różnicy.
Suma kwadratów jest zawsze nieujemna.
Rozpatrywana nierówność jest prawdziwa.
Wzory skróconego mnożenia stopnia drugiego raz jeszcze
Rozwiążemy teraz kilka zadań, wykorzystując znane już własności wynikające ze wzorów skróconego mnożenia.
Uzasadnimy, że dla nieujemnych liczb , prawdziwa jest nierówność .
Rozwiązanie:
Obie strony dowodzonej nierówności są nieujemne, zatem rozpatrywana nierówność jest równoważna nierówności
Stąd:
Korzystając ze wzoru skróconego mnożenia na kwadrat różnicy otrzymujemy
Nierówność otrzymana jest prawdziwa i równoważna dowodzonej nierówności.
Zatem dowodzona nierówność jest prawdziwa, co należało dowieść.
Wykażemy, że dla każdej liczby naturalnej dodatniej liczba jest kwadratem liczby całkowitej.
Rozwiązanie:
Przekształcamy wyrażenie określające liczbę .
Liczba jest więc kwadratem liczby .
Zastosowanie wzoru na kwadrat sumy
Podamy teraz przykłady rozkładu na czynniki z bezpośrednim wykorzystaniem wzoru skróconego mnożenia na kwadrat sumy.
W poniższych sumach wystarczy tylko zauważyć, który składnik jest podwojonym iloczynem, a które składniki są kwadratami wyrażeń. „Zwijamy” wtedy sumę w kwadrat dwumianu, a następnie zapisujemy kwadrat w postaci iloczynu.
W tym przykładzie wyłączymy najpierw przed nawias największy wspólny czynnik, a następnie wyrażenie w nawiasie zapiszemy w postaci iloczynu, korzystając ze wzoru skróconego mnożenia na kwadrat sumy.
Zastosowanie wzoru na kwadrat różnicy
Podobnie, jak wzór skróconego mnożenia na kwadrat sumy, można stosować wzór na kwadrat różnicy.
W poniższych sumach wystarczy tylko zauważyć, który składnik jest podwojonym iloczynem, a które składniki są kwadratami wyrażeń. „Zwinąć” sumę w kwadrat różnicy, a następnie zapisać wyrażenie w postaci iloczynu.
W tym przykładzie wyłączymy najpierw przed nawias największy wspólny czynnik, a następnie wyrażenie w nawiasie zapiszemy w postaci iloczynu, korzystając ze wzoru skróconego mnożenia na kwadrat różnicy.
Nie zawsze patrząc na wyrażenie algebraiczne możemy zauważyć, że aby je zapisać w postaci iloczynu, można skorzystać z danego wzoru skróconego mnożenia, często trzeba najpierw odpowiednio rozpisać składniki, a nawet dodać lub odjąć odpowiednie wyrażenie.
Zastosowanie wzoru na różnicę kwadratów
Najczęściej wykorzystywanym wzorem w rozkładzie na czynniki jest wzór na różnicę kwadratów.
Zapiszemy każde z podanych wyrażeń w postaci iloczynu, stosując wzór na różnicę kwadratów.
a)
b) Aby rozłożyć na czynniki podane wyrażenie, zastosowujemy dwukrotnie wzór na różnicę kwadratów.
c) Ponownie zastosujemy dwukrotnie wzór na różnicę kwadratów.
d) Wyłączamy najpierw wspólny czynnik poza nawias i korzystamy z tego, że .
Galeria zdjęć interaktywnych
Zapoznaj się z galerią zdjęć interaktywnych. Zaobserwuj, w jaki sposób można graficznie zilustrować wzór na kwadrat sumy trzech wyrażeń.
Wykaż, że .
Zestaw ćwiczeń interaktywnych
nawias a, plus, b, plus, c zamknięcie nawiasu indeks górny, dwa, koniec indeksu górnego, równa się, nawias a, plus, b zamknięcie nawiasu indeks górny, dwa, koniec indeksu górnego, plus, c, razy, nawias luka do uzupełnienia zamknięcie nawiasu
nawias a, plus, b, plus, c zamknięcie nawiasu indeks górny, dwa, koniec indeksu górnego, równa się, a indeks górny, dwa, koniec indeksu górnego, plus, nawias luka do uzupełnienia zamknięcie nawiasu indeks górny, dwa, koniec indeksu górnego, plus, dwa a nawias b, plus, c zamknięcie nawiasu
nawias a, plus, b, plus, c zamknięcie nawiasu indeks górny, dwa, koniec indeksu górnego, równa się, nawias a, plus, b zamknięcie nawiasu indeks górny, dwa, koniec indeksu górnego, plus, nawias luka do uzupełnienia zamknięcie nawiasu indeks górny, dwa, koniec indeksu górnego, plus, nawias, dwa b c, minus, a indeks górny, dwa, koniec indeksu górnego, zamknięcie nawiasu
Zapisz w jak najprostszej postaci wyrażenie .
Wykaż, że dla każdej liczby rzeczywistej prawdziwa jest nierówność .
Słownik
kwadrat sumy trzech wyrażeń , , jest równy sumie kwadratów tych wyrażeń i podwojonych iloczynów , ,