Неизвестные формулы сокращенного умножения. Формулы сокращенного умножения с примерами

Алгебра

Формулы сокращенного умножения применяются для преобразования выражений. Тождества используются для представления целого выражения в виде многочлена и разложения многочленов на множители.

1 Квадрат суммы (a + b) 2 = a 2 + 2ab + b 2
2 Квадрат разности (a - b) 2 = a 2 - 2ab + b 2
3 Разность квадратов a 2 - b 2 = (a - b)(a + b)
4 Куб суммы (a + b) 3 = a 3 + 3a 2 b + 3ab 2 + b 2
5 Куб разности (a - b) 3 = a 3 - 3a 2 b + 3ab 2 - b 2
6 Сумма кубов a 3 + b 3 = (a + b)(a 2 - ab + b 2)
7 Разность кубов a 3 - b 3 = (a - b)(a 2 + ab + b 2)

Формулы для квадратов

\((a + b)^2 = a^2 + 2ab + b^2\)

\((a - b)^2 = a^2 - 2ab + b^2\)

\(a^2 - b^2 = (a + b)(a - b)\)

Формулы для кубов

\((a + b)^3 = a^3 + 3a^2b + 3ab^2 + b^3\)

\((a - b)^3 = a^3 - 3a^2b + 3ab^2 - b^3\)

\(a^3 + b^3 = (a + b)(a^2 - ab + b^2)\)

\(a^3 - b^3 = (a - b)(a^2 + ab + b^2)\)

Формулы для четвертой степени

\((a + b)^4 = a^4 + 4a^3b + 6a^2b^2 + 4ab^3 + b^4\)

\((a - b)^4 = a^4 - 4a^3b + 6a^2b^2 - 4ab^3 + b^4\)

\(a^4 - b^4 = (a - b)(a + b)(a^2 + b^2)\);
следует из \(a^2 - b^2 = (a + b)(a - b)\).

Формулы сокращенного умножения

1. Квадрат суммы

2. Квадрат разности

3. Сумма и разность квадратов

4. Сумма в третьей степени (куб суммы)

5. Разность в третьей степени (куб разности)

6. Сумма и разность кубов

7. Формулы сокращенного умножения для четвертой степени

8. Формулы сокращенного умножения для пятой степени

9. Формулы сокращенного умножения для шестой степени

10. Формулы сокращенного умножения для степени n, где n - любое натуральное число

11. Формулы сокращенного умножения для степени n, где n - четное положительное число

12. Формулы сокращенного умножения для степени n, где n - нечетное положительное число

Формулы сокращенного выражения очень часто применяются на практике, так что их все желательно выучить наизусть. До этого момента нам будет служить верой и правдой , которую мы рекомендуем распечатать и все время держать перед глазами:

Первые четыре формулы из составленной таблицы формул сокращенного умножения позволяют возводить в квадрат и куб сумму или разность двух выражений. Пятая предназначена для краткого умножения разности и суммы двух выражений. А шестая и седьмая формулы используются для умножения суммы двух выражений a и b на их неполный квадрат разности (так называют выражение вида a 2 −a·b+b 2 ) и разности двух выражений a и b на неполный квадрат их суммы (a 2 +a·b+b 2 ) соответственно.

Стоит отдельно заметить, что каждое равенство в таблице представляет собой тождество . Этим объясняется, почему формулы сокращенного умножения еще называют тождествами сокращенного умножения.

При решении примеров, особенно в которых имеет место разложение многочлена на множители , ФСУ часто используют в виде с переставленными местами левыми и правыми частями:

Три последних тождества в таблице имеют свои названия. Формула a 2 −b 2 =(a−b)·(a+b) называется формулой разности квадратов , a 3 +b 3 =(a+b)·(a 2 −a·b+b 2 ) - формулой суммы кубов , а a 3 −b 3 =(a−b)·(a 2 +a·b+b 2 ) - формулой разности кубов . Обратите внимание, что соответствующим формулам с переставленными частями из предыдущей таблицы фсу мы никак не назвали.

Дополнительные формулы

В таблицу формул сокращенного умножения не помешает добавить еще несколько тождеств.

Сферы применения формул сокращенного умножения (фсу) и примеры

Основное предназначение формул сокращенного умножения (фсу) объясняется их названием, то есть, оно состоит в кратком умножении выражений. Однако сфера применения ФСУ намного шире, и не ограничивается кратким умножением. Перечислим основные направления.

Несомненно, центральное приложение формулы сокращенного умножения нашли в выполнении тождественных преобразований выражений . Наиболее часто эти формулы используются в процессе упрощения выражений .

Пример.

Упростите выражение 9·y−(1+3·y) 2 .

Решение.

В данном выражении возведение в квадрат можно выполнить сокращенно, имеем 9·y−(1+3·y) 2 =9·y−(1 2 +2·1·3·y+(3·y) 2) . Остается лишь раскрыть скобки и привести подобные члены: 9·y−(1 2 +2·1·3·y+(3·y) 2)= 9·y−1−6·y−9·y 2 =3·y−1−9·y 2 .

В числителе выражение представляет собой разность кубов двух выражений 2·x и z 2 , а в знаменателе – разность квадратов этих выражений. После применения соответствующих формул исходная дробь примет вид . Теперь можно сократить одинаковые множители в числителе и знаменателе: .

Оформим все решение кратко:

Ответ:

Формулы сокращенного умножения иногда позволяют рационально вычислять значения выражений . В качестве примера покажем, как можно возвести число 79 в квадрат с помощью формулы квадрата разности: 79 2 =(80−1) 2 =80 2 −2·80·1+1 2 = 6 400−160+1=6 241 . Такой подход позволяет выполнять подобные вычисления даже устно.

В заключение скажем еще про одно важное преобразование – выделение квадрата двучлена , в основе которого лежит формула сокращенного умножения квадрат суммы. Например, выражение 4·x 2 +4·x−3 может быть преобразовано к виду (2·x) 2 +2·2·x·1+1 2 −4 , и первые три слагаемых заменяются с использованием формулы квадратом суммы. Так что выражение принимает вид (2·x+1) 2 −4 . Подобные преобразования широко используются, например, при .

Список литературы.

Алгебра: учеб. для 7 кл. общеобразоват. учреждений / [Ю. Н. Макарычев, Н. Г. Миндюк, К. И. Нешков, С. Б. Суворова]; под ред. С. А. Теляковского. - 17-е изд. - М. : Просвещение, 2008. - 240 с. : ил. - ISBN 978-5-09-019315-3.
Мордкович А. Г. Алгебра. 7 класс. В 2 ч. Ч. 1. Учебник для учащихся общеобразовательных учреждений / А. Г. Мордкович. - 13-е изд., испр. - М.: Мнемозина, 2009. - 160 с.: ил. ISBN 978-5-346-01198-9.
Гусев В. А., Мордкович А. Г. Математика (пособие для поступающих в техникумы): Учеб. пособие.- М.; Высш. шк., 1984.-351 с., ил.

Формулы сокращенного умножения. Тренировка.

Попробуй таким способом вычислить следующие выражения:

Ответы:

Либо, если ты знаешь квадраты основных двухзначных чисел, вспомни, сколько будет? Вспомнил? . Отлично! Так как мы возводим в квадрат, то мы должны умножить на. Получается, что.

Помни, что формулы квадрат суммы и квадрат разности справедливы не только для числовых выражений:

Посчитай самостоятельно следующие выражения:

Ответы:

Формулы сокращенного умножения. Итог.

Подведем небольшой итог и запишем формулы квадрата суммы и разности в одну строку:

Теперь потренируемся «собирать» формулу из разложенного вида в вид. Данный навык понадобится нам в дальнейшем при преобразовании больших выражений.

Допустим, у нас есть следующее выражение:

Мы знаем, что квадрат суммы (или разности) - это квадрат одного числа квадрат другого числа и удвоенное произведение этих чисел .

В данной задаче легко увидеть квадрат одного числа - это. Соответственно, одно из чисел, входящих в скобку, - это квадратный корень из, то есть

Так как во втором слагаемом есть, значит, это удвоенное произведение одного и другого числа, соответственно:

Где - второе число, входящее в нашу скобку.

Второе число, входящее в скобку, равно.

Проверим. должно быть равно. Действительно так и есть, значит, мы нашли оба числа, присутствующие в скобках: и. Осталось определить знак, который стоит между ними. Как ты думаешь, что за знак там будет?

Правильно! Так как мы прибавляем удвоенное произведение, то между числами будет стоять знак сложения. Теперь запиши преобразованное выражение. Справился? У тебя должно получиться следующее:

Заметь: перемена мест слагаемых не сказывается на результате (неважно, сложение или вычитание стоит между и).

Совершенно необязательно, чтобы слагаемые в преобразуемом выражении стояли так, как написано в формуле. Посмотри на это выражение: . Попробуй преобразовать его самостоятельно. Получилось?

Потренируйся - преобразуй следующие выражения:

Ответы: Справился? Закрепим тему. Выбери из приведенных ниже выражений те, которые можно представить в виде квадрата суммы или разности.

- докажи, что это равносильно.

- нельзя представить как квадрат; можно было бы представить, если вместо было.

Разность квадратов

Еще одна формула сокращенного умножения - разность квадратов.

Разность квадратов это не квадрат разности!

Разность квадратов двух чисел равна произведению суммы этих чисел на их разность:

Проверим, верна ли эта формула. Для этого перемножим, как делали при выведении формул квадрата суммы и разности:

Таким образом, мы только что удостоверились, что формула действительно верная. Данная формула также упрощает сложные вычислительные действия. Приведем пример:

Необходимо вычислить: . Конечно, мы можем возвести в квадрат, затем возвести в квадрат и вычесть одно из другого, но формула упрощает нам задачу:

Получилось? Сверим результаты:

Так же как и квадрат суммы (разности), формула разности квадратов может применяться не только с числами:

Умение раскладывать разность квадратов поможет нам преобразовывать сложные математические выражения.

Обрати внимание:

Поскольку, при разложении на квадрат разности правого выражения мы получим

Будь внимателен и смотри, какое конкретное слагаемое возводится в квадрат! Для закрепления темы преобразуй следующие выражения:

Записал? Сравним полученные выражения:

Теперь, когда ты усвоил квадрат суммы и квадрат разности, а также разность квадратов, попробуем решать примеры на комбинацию этих трех формул.

Преобразование элементарных выражений (квадрат суммы, квадрат разности, разность квадратов)

Допустим, нам дан пример

Необходимо упростить данное выражение. Посмотри внимательно, что ты видишь в числителе? Правильно, числитель - это полный квадрат:

Упрощая выражение, помни, что подсказка, в какую сторону двигаться в упрощении, находится в знаменателе (или в числителе). В нашем случае, когда знаменатель разложен, и больше ничего сделать нельзя, можно понять, что числителем будет либо квадрат суммы, либо квадрат разности. Так как мы прибавляем, то становится ясно, что числитель - квадрат суммы.

Попробуй самостоятельно преобразовать следующие выражения:

Получилось? Сравниваем ответы и двигаемся дальше!

Куб суммы и куб разности

Формулы куб суммы и куб разности выводятся аналогичным образом, как квадрат суммы и квадрат разности : раскрытием скобок при перемножении членов друг на друга.

Если квадрат суммы и квадрат разности запомнить весьма легко, то возникает вопрос «как запомнить кубы?»

Посмотри внимательно на две описываемые формулы в сравнении с возведением аналогичных членов в квадрат:

Какую ты видишь закономерность?

1. При возведении в квадрат у нас есть квадрат первого числа и квадрат второго; при возведении в куб - есть куб одного числа и куб другого числа.

2. При возведении в квадрат , у нас есть удвоенное произведение чисел (числа в 1 степени, что на одну степень меньше чем та, в которую возводим выражение); при возведении в куб - утроенное произведение, при котором одно из чисел возводится в квадрат (что так же на 1 степень меньше, чем степень, в которую возводим выражение).

3. При возведении в квадрат знак в скобках в раскрытом выражении отражается при прибавлении (или вычитании) удвоенного произведения - если в скобках сложение, то прибавляем, если вычитание - отнимаем; при возведении в куб правило такое: если у нас куб суммы, то все знаки «+», а если куб разности, то знаки чередуются: « » - « » - « » - « ».

Всё перечисленное, кроме зависимости степеней при умножении членов, изображено на рисунке.

Потренируемся? Раскрой скобки в следующих выражениях:

Сравни полученные выражения:

Разность и сумма кубов

Рассмотрим последнюю пару формул разность и сумму кубов.

Как мы помним, в разности квадратов у нас идет перемножение разности и суммы данных чисел одно на другое. В разности кубов и в сумме кубов также имеется две скобки:

1 скобка - разность (или сумма) чисел в первой степени (в зависимости от того, разность или сумму кубов мы раскрываем);

2 скобка - неполный квадрат (присмотрись: если бы мы вычитали (или прибавляли) удвоенное произведение чисел, был бы квадрат), знак при перемножении чисел противоположный знаку изначального выражения.

Для закрепления темы решим несколько примеров:

Сравни полученные выражения:

Тренировка

Ответы:

Подведем итоги:

Существует 7 формул сокращенного умножения:

ПРОДВИНУТЫЙ УРОВЕНЬ

Формулы сокращенного умножения - это формулы, зная которые можно избежать выполнения некоторых стандартных действий при упрощении выражений или разложении многочленов на множители. Формулы сокращенного умножения нужно знать наизусть!

Квадрат суммы двух выражений равен квадрату первого выражения плюс удвоенное произведение первого выражения на второе плюс квадрат второго выражения:
Квадрат разности двух выражений равен квадрату первого выражения минус удвоенное произведение первого выражения на второе плюс квадрат второго выражения:
Разность квадратов двух выражений равна произведению разности этих выражений и их суммы:
Куб суммы двух выражений равен кубу первого выражения плюс утроенное произведение квадрата первого выражения на второе плюс утроенное произведение первого выражения на квадрат второго плюс куб второго выражения:
Куб разности двух выражений равен кубу первого выражения минус утроенное произведение квадрата первого выражения на второе плюс утроенное произведение первого выражения на квадрат второго минус куб второго выражения:
Сумма кубов двух выражений равна произведению суммы первого и второго выражения на неполный квадрат разности этих выражений:
Разность кубов двух выражений равна произведению разности первого и второго выражения на неполный квадрат суммы этих выражений:

Теперь докажем все эти формулы.

Формулы сокращенного умножения. Доказательство.

1. .
Возвести выражение в квадрат - значит умножить его само на себя:
.

Раскроем скобки и приведем подобные:

2. .
Делаем то же самое: умножаем разность саму на себя, раскрываем скобки и приводим подобные:
.

3. .
Возьмем выражение в правой части и раскроем скобки:
.

4. .
Число в кубе можно представить как это число умноженное на свой квадрат:

Аналогично:

В разности кубов знаки чередуются.

6. .

.

7. .
Раскроем скобки в правой части:
.

Применение формул сокращенного умножения при решении примеров

Пример 1:

Найдите значение выражений:

Решение:

Используем формулу квадрат суммы: .
Представим это число в виде разности и используем формулу квадрата разности: .

Пример 2:

Найдите значение выражения: .

Решение:

Используя формулу разности квадратов двух выражений, получим:

Пример 3:

Упростите выражение:

Решение двумя способами:

Воспользуемся формулами квадрат суммы и квадрат разности:

II способ.

Воспользуемся формулой разности квадратов двух выражений:

ТЕПЕРЬ ТВОЕ СЛОВО...

Я рассказал все, что знаю о формулах сокращенного умножения.

Расскажи теперь ты будешь ли ты ими пользоваться? Если нет, то почему?

Как тебе эта статья?

Возможно у тебя есть вопросы. Или предложения.

Напиши в комментариях. Мы читаем все комментарии и отвечаем на все.

И удачи на экзаменах!

Содержание урока

Квадрат суммы двух выражений

Существует ряд случаев, когда умножение многочлена на многочлен можно значительно упростить. Таковым к примеру является случай (2x + 3y ) 2 .

Выражение (2x + 3y ) 2 это перемножение двух многочленов, каждый из которых равен (2x + 3y )

(2x + 3y ) 2 = (2x + 3y )(2x + 3y )

Получили умножение многочлена на многочлен. Выполним его:

(2x + 3y ) 2 = (2x + 3y )(2x + 3y ) = 4x 2 + 6xy + 6xy + 9y 2 = 4x 2 + 12xy + 9y 2

То есть выражение (2x + 3y ) 2 равно 4x 2 + 12xy + 9y 2

(2x + 3y ) 2 = 4x 2 + 12xy + 9y 2

Решим аналогичный пример, который попроще:

(a + b ) 2

Выражение (a + b ) 2 это перемножение двух многочленов, каждый из которых равен (a + b )

(a + b ) 2 = (a + b )(a + b )

Выполним это умножение:

(a + b ) 2 = (a + b )(a + b ) = a 2 + ab + ab + b 2 = a 2 + 2ab + b 2

То есть выражение (a + b ) 2 равно a 2 + 2ab + b 2

(a + b ) 2 = a 2 + 2ab + b 2

Оказывается, что случай (a + b ) 2 можно распространить для любых a и b . Первый пример, который мы решили, а именно (2x + 3y ) 2 можно решить с помощью тождества (a + b ) 2 = a 2 + 2ab + b 2 . Для этого нужно подставить вместо переменных a и b соответствующие члены из выражение (2x + 3y ) 2 . В данном случае переменной a соответствует член 2x , а переменной b соответствует член 3y

a = 2x

b = 3y

И далее можно воспользоваться тождеством (a + b ) 2 = a 2 + 2ab + b 2 , но вместо переменных a и b нужно подставлять выражения 2x и 3y соответственно:

(2x + 3y ) 2 = (2x ) 2 + 2 × 2x × 3y + (3y ) 2 = 4x 2 + 12xy + 9y 2

Как и в прошлый раз получили многочлен 4x 2 + 12xy + 9y 2 . Решение обычно записывают покороче, выполняя в уме все элементарные преобразования:

(2x + 3y ) 2 = 4x 2 + 12xy + 9y 2

Тождество (a + b ) 2 = a 2 + 2ab + b 2 называют формулой квадрата суммы двух выражений. Эту формулу можно прочитать так:

Квадрат суммы двух выражений равен квадрату первого выражения плюс удвоенное произведение первого выражения на второе плюс квадрат второго выражения.

Рассмотрим выражение (2 + 3) 2 . Его можно вычислить двумя способами: выполнить сложение в скобках и возвести полученный результат в квадрат, либо воспользоваться формулой квадрата суммы двух выражений.

Первый способ:

(2 + 3) 2 = 5 2 = 25

Второй способ:

(2 + 3) 2 = 2 2 + 2 × 2 × 3 + 3 2 = 4 + 12 + 9 = 25

Пример 2 . Преобразовать выражение (5a + 3) 2 в многочлен.

Воспользуемся формулой квадрата суммы двух выражений:

(a + b ) 2 = a 2 + 2ab + b 2

(5a + 3) 2 = (5a ) 2 + 2 × 5a × 3 + 3 2 = 25a 2 + 30a + 9

Значит, (5a + 3) 2 = 25a 2 + 30a + 9.

Попробуем решить данный пример, не пользуясь формулой квадрата суммы. У нас должен получиться тот же результат:

(5a + 3) 2 = (5a + 3)(5a + 3) = 25a 2 + 15a + 15a + 9 = 25a 2 + 30a + 9

Формула квадрата суммы двух выражений имеет геометрический смысл. Мы помним, что для вычисления площади квадрата нужно возвести во вторую степень его сторону.

Например, площадь квадрата со стороной a будет равна a 2 . Если увеличить сторону квадрата на b , то площадь будет равна (a + b ) 2

Рассмотрим следующий рисунок:

Представим, что сторону квадрата, изображённого на данном рисунке увеличили на b . У квадрата все стороны равны. Если его сторону увеличить на b , то остальные стороны тоже увеличатся на b

Получился новый квадрат, который больше предыдущего. Чтобы хорошо увидеть его, достроим отсутствующие стороны:

Чтобы вычислить площадь этого квадрата, можно по отдельности вычислить квадраты и прямоугольники, входящие в него, затем сложить полученные результаты.

Сначала можно вычислить квадрат со стороной a — его площадь будет равна a 2 . Затем можно вычислить прямоугольники со сторонами a и b — они будут равны ab . Затем можно вычислить квадрат со стороной b

В результате получается следующая сумма площадей:

a 2 + ab + ab + b 2

Сумму площадей одинаковых прямоугольников можно заменить на умножение 2ab , которое буквально будет означать «повторить два раза площадь прямоугольника ab» . Алгебраически это получается путём приведения подобных слагаемых ab и ab . В результате получается выражение a 2 + 2ab + b 2 , которое является правой частью формулы квадрата суммы двух выражений:

(a + b ) 2 = a 2 + 2ab + b 2

Квадрат разности двух выражений

Формула квадрата разности двух выражений выглядит следующим образом:

(a − b ) 2 = a 2 − 2ab + b 2

Квадрат разности двух выражений равен квадрату первого выражения минус удвоенное произведение первого выражения на второе плюс квадрат второго выражения.

Формула квадрата разности двух выражений выводится таким же образом, как и формула квадрата суммы двух выражений. Выражение (a − b ) 2 представляет собой произведение двух многочленов, каждый из которых равен (a − b )

(a − b ) 2 = (a − b )(a − b )

Если выполнить это умножение, то получится многочлен a 2 − 2ab + b 2

(a − b ) 2 = (a − b )(a − b ) = a 2 − ab − ab + b 2 = a 2 − 2ab + b 2

Пример 1 . Преобразовать выражение (7x − 5) 2 в многочлен.

Воспользуемся формулой квадрата разности двух выражений:

(a − b ) 2 = a 2 − 2ab + b 2

(7x − 5) 2 = (7x ) 2 − 2 × 7x × 5 + 5 2 = 49x 2 − 70x + 25

Значит, (7x − 5) 2 = 49x 2 + 70x + 25.

Попробуем решить данный пример, не пользуясь формулой квадрата разности. У нас должен получиться тот же результат:

(7x − 5) 2 = (7x − 5) (7x − 5) = 49x 2 − 35x − 35x + 25 = 49x 2 − 70x + 25.

Формула квадрата разности двух выражений тоже имеет геометрический смысл. Если площадь квадрата со стороной a равна a 2 , то площадь квадрата, сторона которого уменьшена на b , будет равна (a − b ) 2

Рассмотрим следующий рисунок:

Представим, что сторону квадрата, изображённого на данном рисунке уменьшили на b . У квадрата все стороны равны. Если одну сторону уменьшить на b , то остальные стороны тоже уменьшатся на b

Получился новый квадрат, который меньше предыдущего. На рисунке он выделен жёлтым. Сторона его равна a − b , поскольку старая сторона a уменьшилась на b . Чтобы вычислить площадь этого квадрата, можно из первоначальной площади квадрата a 2 вычесть площади прямоугольников, которые получились в процессе уменьшения сторон старого квадрата. Покажем эти прямоугольники:

Тогда можно написать следующее выражение: старая площадь a 2 минус площадь ab минус площадь (a − b )b

a 2 − ab − (a − b )b

Раскроем скобки в выражении (a − b )b

a 2 − ab − ab + b 2

Приведем подобные слагаемые:

a 2 − 2ab + b 2

В результате получается выражение a 2 − 2ab + b 2 , которое является правой частью формулы квадрата разности двух выражений:

(a − b ) 2 = a 2 − 2ab + b 2

Формулы квадрата суммы и квадрата разности в общем называют формулами сокращённого умножения . Эти формулы позволяют значительно упростить и ускорить процесс перемножения многочленов.

Ранее мы говорили, что рассматривая член многочлена по отдельности, его нужно рассматривать вместе со знаком, который перед ним располагается.

Но применяя формулы сокращённого умножения, знак исходного многочлена не следует рассматривать в качестве знака самого этого члена.

Например, если дано выражение (5x − 2y ) 2 , и мы хотим воспользоваться формулой (a − b ) 2 = a 2 − 2ab + b 2 , то вместо b нужно подставлять 2y , а не −2y . Это особенность работы с формулами, которую не следует забывать.

(5x − 2y ) 2
a = 5x
b = 2y
(5x − 2y ) 2 = (5x ) 2 − 2 × 5x × 2y + (2y ) 2 = 25x 2 − 20xy + 4y 2

Если подставлять −2y , то это будет означать, что разность в скобках исходного выражения была заменена на сумму:

(5x − 2y ) 2 = (5x + (−2y )) 2

и в таком случае нужно применять не формулу квадрата разности, а формулу квадрата суммы:

(5x + (−2y ) 2
a = 5x
b = −2y
(5x + (−2y )) 2 = (5x ) 2 + 2 × 5x × (−2y ) + (−2y ) 2 = 25x 2 − 20xy + 4y 2

Исключением могут быть выражения вида (x − (−y )) 2 . В данном случае, применяя формулу (a − b ) 2 = a 2 − 2ab + b 2 вместо b следует подставить (−y )

(x − (−y )) 2 = x 2 − 2 × x × (−y ) + (−y ) 2 = x 2 + 2xy + y 2

Но возводя в квадрат выражения вида x − (−y ) , удобнее будет заменять вычитание на сложение x + y . Тогда первоначальное выражение примет вид (x + y ) 2 и можно будет воспользоваться формулой квадрата суммы, а не разности:

(x + y ) 2 = x 2 + 2xy + y 2

Куб суммы и куб разности

Формулы куба суммы двух выражений и куба разности двух выражений выглядят следующим образом:

(a + b ) 3 = a 3 + 3a 2 b + 3ab 2 + b 3

(a − b ) 3 = a 3 − 3a 2 b + 3ab 2 − b 3

Формулу куба суммы двух выражений можно прочитать так:

Куб суммы двух выражений равен кубу первого выражения плюс утроенное произведение квадрата первого выражения на второе плюс утроенное произведение первого выражения на квадрат второго плюс куб второго выражения.

А формулу куба разности двух выражений можно прочитать так:

Куб разности двух выражений равен кубу первого выражения минус утроенное произведение квадрата первого выражения на второе плюс утроенное произведение первого выражения на квадрат второго минус куб второго выражения.

При решении задач желательно знать эти формулы наизусть. Если не запомнили — не беда! Их можно выводить самостоятельно. Мы это уже умеем.

Выведем формулу куба суммы самостоятельно:

(a + b ) 3

Выражение (a + b ) 3 представляет собой произведение из трёх многочленов, каждый из которых равен (a + b )

(a + b ) 3 = (a + b )(a + b )(a + b )

Но выражение (a + b ) 3 также может быть записано как (a + b )(a + b ) 2

(a + b ) 3 = (a + b )(a + b ) 2

При этом сомножитель (a + b ) 2 является квадратом суммы двух выражений. Этот квадрат суммы равен выражению a 2 + 2ab + b 2 .

Тогда (a + b ) 3 можно записать как (a + b )(a 2 + 2ab + b 2) .

(a + b ) 3 = (a + b )(a 2 + 2ab + b 2)

А это есть умножение многочлена на многочлен. Выполним его:

(a + b ) 3 = (a + b )(a 2 + 2ab + b 2) = a 3 + 2a 2 b + ab 2 + a 2 b + 2ab 2 + b 3 = a 3 + 3a 2 b + 3ab 2 + b 3

Аналогично можно вывести формулу куба разности двух выражений:

(a − b ) 3 = (a − b )(a 2 − 2ab + b 2) = a 3 − 2a 2 b + ab 2 − a 2 b + 2ab 2 − b 3 = a 3 − 3a 2 b + 3ab 2 − b 3

Пример 1 . Преобразуйте выражение (x + 1) 3 в многочлен.

(a + b ) 3 = a 3 + 3a 2 b + 3ab 2 + b 3

(x + 1) 3 = x 3 + 3 × x 2 × 1 + 3 × x × 1 2 + 1 3 = x 3 + 3x 2 + 3x + 1

Попробуем решить данный пример, не используя формулу куба суммы двух выражений

(x + 1) 3 = (x + 1)(x + 1)(x + 1) = (x + 1)(x 2 + 2x + 1) = x 3 + 2x 2 + x + x 2 + 2x + 1 = x 3 + 3x 2 + 3x + 1

Пример 2 . Преобразовать выражение (6a 2 + 3b 3) 3 в многочлен.

Воспользуемся формулой куба суммы двух выражений:

(a + b ) 3 = a 3 + 3a 2 b + 3ab 2 + b 3

(6a 2 + 3b 3) 3 = (6a 2) 3 + 3 × (6a 2) 2 × 3b 3 + 3 × 6a 2 × (3b 3) 2 + (3b 3) 3 = 216a 6 + 3 × 36a 4 × 3b 3 + 3 × 6a 2 × 9b 6 + 27b 9

Пример 3 . Преобразовать выражение (n 2 − 3) 3 в многочлен.

(a − b ) = a 3 − 3a 2 b + 3ab 2 − b 3

(n 2 − 3) 3 = (n 2) 3 − 3 × (n 2) 2 × 3 + 3 × n 2 × 3 2 − 3 3 = n 6 − 9n 4 + 27n 2 − 27

Пример 4 . Преобразовать выражение (2x 2 − x 3) 3 в многочлен.

Воспользуемся формулой куба разности двух выражений:

(a − b ) = a 3 − 3a 2 b + 3ab 2 − b 3

(2x 2 − x 3) 3 = (2x 2) 3 − 3 × (2x 2) 2 × x 3 + 3 × 2x 2 × (x 3) 2 − (x 3) 3 =
8x 6 − 3 × 4x 4 × x 3 + 3 × 2x 2 × x 6 − x 9 =
8x 6 − 12x 7 + 6x 8 − x 9

Умножение разности двух выражений на их сумму

Встречаются задачи, в которых требуется умножить разность двух выражений на их сумму. Например:

(a − b )(a + b )

В этом выражении разность двух выражений a и b умножена на сумму этих же двух выражений. Выполним данное умножение:

(a − b )(a + b ) = a 2 + ab − ab − b 2 = a 2 − b 2

То есть выражение (a − b )(a + b ) равно a 2 − b 2

(a − b )(a + b ) = a 2 − b 2

Видим, что при умножении разности двух выражений на их сумму, получается разность квадратов этих выражений.

Произведение разности двух выражений и их суммы равно разности квадратов этих выражений.

Случай (a − b )(a + b ) можно распространить для любых a и b . Проще говоря, если при решении задачи потребуется умножить разность двух выражений на их сумму, то это умножение можно заменить на разность квадратов этих выражений.

Пример 1 . Выполнить умножение (2x − 5)(2x + 5)

В этом примере разность выражений 2x и 5 умножена на сумму этих же выражений. Тогда согласно формуле (a − b )(a + b ) = a 2 − b 2 имеем:

(2x − 5)(2x + 5) = (2x ) 2 − 5 2

Вычислим правую часть, получим 4x 2 − 25

(2x − 5)(2x + 5) = (2x ) 2 − 5 2 = 4x 2 − 25

Попробуем решить данный пример, не пользуясь формулой (a − b )(a + b ) = a 2 − b 2 . У нас получится тот же результат 4x 2 − 25

(2x − 5)(2x + 5) = 4x 2 − 10x + 10x − 25 = 4x 2 − 25

Пример 2 . Выполнить умножение (4x − 5y )(4x + 5y )

(a − b )(a + b ) = a 2 − b 2

(4x − 5y )(4x + 5y ) = (4x ) 2 − (5y ) 2 = 16x 2 − 25y 2

Пример 3 . Выполнить умножение (2a + 3b )(2a − 3b )

Воспользуемся формулой умножения разности двух выражений на их сумму:

(a − b )(a + b ) = a 2 − b 2

(2a + 3b )(2a − 3b ) = (2a ) 2 − (3b ) 2 = 4a 2 − 9b 2

В данном примере сумма членов 2a и 3b располагалась раньше, чем разность этих членов. А в формуле (a − b )(a + b ) = a 2 − b 2 разность располагается раньше.

Нет никакой разницы как располагаются сомножители (a − b ) в (a + b ) в формуле. Они могут быть быть записаны как (a − b )(a + b ) , так и (a + b )(a − b ) . Результат по прежнему будет равен a 2 − b 2 , поскольку от перестановки сомножителей произведение не меняется.

Так и в данном примере сомножители (2a + 3b ) и (2a − 3b ) можно записать как (2a + 3b )(2a − 3b ) , так и (2a − 3b )(2a + 3b ) . Результат всё так же будет равен 4a 2 − 9b 2 .

Пример 3 . Выполнить умножение (7 + 3x )(3x − 7)

Воспользуемся формулой умножения разности двух выражений на их сумму:

(a − b )(a + b ) = a 2 − b 2

(7 + 3x )(3x − 7) = (3x ) 2 − 7 2 = 9x 2 − 49

Пример 4 . Выполнить умножение (x 2 − y 3)(x 2 + y 3)

(a − b )(a + b ) = a 2 − b 2

(x 2 − y 3)(x 2 + y 3) = (x 2) 2 − (y 3) 2 = x 4 − y 6

Пример 5 . Выполнить умножение (−5x − 3y )(5x − 3y )

В выражении (−5x − 3y ) вынесем за скобки −1 , тогда исходное выражение примет следующий вид:

(−5x − 3y )(5x − 3y ) = −1(5x + 3y )(5x − 3y )

Произведение (5x + 3y )(5x − 3y ) заменим на разность квадратов:

(−5x − 3y )(5x − 3y ) = −1(5x + 3y )(5x − 3y ) = −1((5x ) 2 − (3y ) 2)

Разность квадратов была заключена в скобки. Если этого не сделать, то получится, что −1 умножается только на (5x ) 2 . А это приведет к ошибке и изменению значения исходного выражения.

(−5x − 3y )(5x − 3y ) = −1(5x + 3y )(5x − 3y ) = −1((5x ) 2 − (3y ) 2) = −1(25x 2 − 9x 2)

Теперь умножим −1 на выражение в скобках и получим окончательный результат:

(−5x − 3y )(5x − 3y ) = −1(5x + 3y )(5x − 3y ) = −1((5x ) 2 − (3y ) 2) =
−1(25x 2 − 9y 2) = −25x 2 + 9y 2

Умножение разности двух выражений на неполный квадрат их суммы

Встречаются задачи, в которых требуется умножить разность двух выражений на неполный квадрат их суммы. Выглядит это произведение следующим образом:

(a − b )(a 2 + ab + b 2)

Первый многочлен (a − b ) является разностью двух выражений, а второй многочлен (a 2 + ab + b 2) является неполным квадратом суммы этих двух выражений.

Неполный квадрат суммы это многочлен вида a 2 + ab + b 2 . Он похож на обычный квадрат суммы a 2 + 2ab + b 2

Например, выражение 4x 2 + 6xy + 9y 2 является неполным квадратом суммы выражений 2x и 3y .

Действительно, первый член выражения 4x 2 + 6xy + 9y 2 , а именно 4x 2 является квадратом выражения 2x , поскольку (2x ) 2 = 4x 2 . Третий член выражения 4x 2 + 6xy + 9y 2 , а именно 9y 2 является квадратом выражения 3y , поскольку (3y ) 2 = 9y 2 . Член находящийся в середине 6xy , является произведением выражений 2x и 3y.

Итак, умножим разность (a − b ) на неполный квадрат суммы a 2 + ab + b 2

(a − b )(a 2 + ab + b 2) = a (a 2 + ab + b 2) − b (a 2 + ab + b 2) =
a 3 + a 2 b + ab 2 − a 2 b − ab 2 − b 3 = a 3 − b 3

То есть выражение (a − b )(a 2 + ab + b 2) равно a 3 − b 3

(a − b )(a 2 + ab + b 2) = a 3 − b 3

Это тождество называют формулой умножения разности двух выражений на неполный квадрат их суммы. Эту формулу можно прочитать так:

Произведение разности двух выражений и неполного квадрата их суммы равно разности кубов этих выражений.

Пример 1 . Выполнить умножение (2x − 3y )(4x 2 + 6xy + 9y 2)

Первый многочлен (2x − 3y ) это разность двух выражений 2x и 3y . Второй многочлен 4x 2 + 6xy + 9y 2 это неполный квадрат суммы двух выражений 2x и 3y . Это позволяет не приводя длинных вычислений, воспользоваться формулой (a − b )(a 2 + ab + b 2) = a 3 − b 3 . В нашем случае умножение (2x − 3y )(4x 2 + 6xy + 9y 2) можно заменить на разность кубов 2x и 3y

(2x − 3y )(4x 2 + 6xy + 9y 2) = (2x ) 3 − (3y ) 3 = 8x 3 − 27y 3

(a − b )(a 2 + ab + b 2) = a 3 − b 3 . У нас получится тот же результат, но решение станет длиннее:

(2x − 3y )(4x 2 + 6xy + 9y 2) = 2x (4x 2 + 6xy + 9y 2) − 3y (4x 2 + 6xy + 9y 2) =
8x 3 + 12x 2 y + 18xy 2 − 12x 2 y − 18xy 2 − 27y 3 = 8x 3 − 27y 3

Пример 2 . Выполнить умножение (3 − x )(9 + 3x + x 2)

Первый многочлен (3 − x ) является разностью двух выражений, а второй многочлен является неполным квадратом суммы этих двух выражений. Это позволяет воспользоваться формулой (a − b )(a 2 + ab + b 2) = a 3 − b 3

(3 − x )(9 + 3x + x 2) = 3 3 − x 3 = 27 − x 3

Умножение суммы двух выражений на неполный квадрат их разности

Встречаются задачи, в которых требуется умножить сумму двух выражений на неполный квадрат их разности. Выглядит это произведение следующим образом:

(a + b )(a 2 − ab + b 2)

Первый многочлен (a + b (a 2 − ab + b 2) является неполным квадратом разности этих двух выражений.

Неполный квадрат разности это многочлен вида a 2 − ab + b 2 . Он похож на обычный квадрат разности a 2 − 2ab + b 2 за исключением того, что в нём произведение первого и второго выражений не удваивается.

Например, выражение 4x 2 − 6xy + 9y 2 является неполным квадратом разности выражений 2x и 3y .

(2x ) 2 − 2x × 3y + (3y ) 2 = 4x 2 − 6xy + 9y 2

Вернёмся к изначальному примеру. Умножим сумму a + b на неполный квадрат разности a 2 − ab + b 2

(a + b )(a 2 − ab + b 2) = a (a 2 − ab + b 2) + b (a 2 − ab + b 2) =
a 3 − a 2 b + ab 2 + a 2 b − ab 2 + b 3 = a 3 + b 3

То есть выражение (a + b )(a 2 − ab + b 2) равно a 3 + b 3

(a + b )(a 2 − ab + b 2) = a 3 + b 3

Это тождество называют формулой умножения суммы двух выражений на неполный квадрат их разности. Эту формулу можно прочитать так:

Произведение суммы двух выражений и неполного квадрата их разности равно сумме кубов этих выражений.

Пример 1 . Выполнить умножение (2x + 3y )(4x 2 − 6xy + 9y 2)

Первый многочлен (2x + 3y ) это сумма двух выражений 2x и 3y , а второй многочлен 4x 2 − 6xy + 9y 2 это неполный квадрат разности этих выражений. Это позволяет не приводя длинных вычислений, воспользоваться формулой (a + b )(a 2 − ab + b 2) = a 3 + b 3 . В нашем случае умножение (2x + 3y )(4x 2 − 6xy + 9y 2) можно заменить на сумму кубов 2x и 3y

(2x + 3y )(4x 2 − 6xy + 9y 2) = (2x ) 3 + (3y ) 3 = 8x 3 + 27y 3

Попробуем решить этот же пример, не пользуясь формулой (a + b )(a 2 − ab + b 2) = a 3 + b 3 . У нас получится тот же результат, но решение станет длиннее:

(2x + 3y )(4x 2 − 6xy + 9y 2) = 2x (4x 2 − 6xy + 9y 2) + 3y (4x 2 − 6xy + 9y 2) =
8x 3 − 12x 2 y + 18xy 2 + 12x 2 y − 18xy 2 + 27y 3 = 8x 3 + 27y 3

Пример 2 . Выполнить умножение (2x + y )(4x 2 − 2xy + y 2)

Первый многочлен (2x + y ) является суммой двух выражений, а второй многочлен (4x 2 − 2xy + y 2) является неполным квадратом разности этих выражений. Это позволяет воспользоваться формулой (a + b )(a 2 − ab + b 2) = a 3 + b 3

(2x + y )(4x 2 − 2xy + y 2) = (2x ) 3 + y 3 = 8x 3 + y 3

(2x + y )(4x 2 − 2xy + y 2) = 2x (4x 2 − 2xy + y 2) + y (4x 2 − 2xy + y 2) =
8x 3 − 4x 2 y + 2xy 2 + 4x 2 y − 2xy 2 + y 3 = 8x 3 + y 3

Задания для самостоятельного решения

Понравился урок?
Вступай в нашу новую группу Вконтакте и начни получать уведомления о новых уроках

Одной из первых тем, изучаемых в курсе алгебры, являются формулы сокращённого умножения. В 7 классе они применяются в самых простых ситуациях, где требуется распознать в выражении одну из формул и выполнить разложение многочлена на множители или, наоборот, быстро возвести сумму или разность в квадрат или куб. В дальнейшем ФСУ используют для быстрого решения неравенств и уравнений и даже для вычисления некоторых числовых выражений без калькулятора.

Как выглядит список формул

Существует 7 основных формул, позволяющих быстро осуществить перемножение многочленов в скобках.

Иногда в этот список также включается разложение для четвёртой степени, которое следует из представленных тождеств и имеет вид:

a⁴ — b⁴ = (a - b)(a + b)(a² + b²).

Все равенства имеют пару (сумма - разность), кроме разности квадратов. Для суммы квадратов формула не приводится .

Остальные равенства легко запоминаются :

Следует помнить, что ФСУ работают в любом случае и для любых величин a и b : это могут быть как произвольные числа, так и целые выражения.

В ситуации, если вдруг не получается вспомнить, какой знак стоит в формуле перед тем или иным слагаемым, можно раскрыть скобки и получить тот же результат, что и после использования формулы. Например, если проблема возникла при применении ФСУ куба разности, нужно записать исходное выражение и поочерёдно выполнить умножение :

(a - b)³ = (a - b)(a - b)(a - b) = (a² — ab - ab + b²)(a - b) = a³ — a²b - a²b + ab² — a²b + ab² + ab² — b³ = a³ — 3a²b + 3ab² — b³.

В результате после приведения всех подобных членов был получен такой же многочлен, как и в таблице. Такие же манипуляции можно проводить и со всеми остальными ФСУ.

Применение ФСУ для решения уравнений

К примеру, нужно решить уравнение, содержащее многочлен 3 степени :

x³ + 3x² + 3x + 1 = 0.

В школьной программе не рассматриваются универсальные приёмы для решения кубических уравнений, и подобные задания чаще всего решаются более простыми методами (например, разложением на множители). Если заметить, что левая часть тождества напоминает куб суммы, то уравнение можно записать в более простом виде:

(x + 1)³ = 0.

Корень такого уравнения вычисляется устно: x = -1 .

Аналогичным способом решаются неравенства. Для примера можно решить неравенство x³ — 6x² + 9x > 0 .

В первую очередь необходимо разложить выражение на множители. Вначале нужно вынести за скобку x . После этого следует обратить внимание, что выражение в скобках можно преобразовать в квадрат разности.

Затем необходимо найти точки, в которых выражение принимает нулевые значения, и отметить их на числовой прямой. В конкретном случае это будут 0 и 3. Затем методом интервалов определить, в каких промежутках x будет соответствовать условию неравенства.

ФСУ могут оказаться полезными при выполнении некоторых расчётов без помощи калькулятора :

703² — 203² = (703 + 203)(703 - 203) = 906 ∙ 500 = 453000 .

Кроме того, раскладывая выражения на множители, можно легко выполнять сокращение дробей и упрощение различных алгебраических выражений.

Примеры задач для 7−8 класса

В заключение разберём и решим два задания на применение формул сокращённого умножения по алгебре.

Задача 1. Упростить выражение:

(m + 3)² + (3m + 1)(3m - 1) - 2m (5m + 3).

Решение. В условии задания требуется упростить выражение, т. е. раскрыть скобки, выполнить действия умножения и возведения в степень, а также привести все подобные слагаемые. Условно разделим выражение на три части (по числу слагаемых) и поочерёдно раскроем скобки, применяя ФСУ там, где это возможно.

(m + 3)² = m² + 6m + 9 (квадрат суммы);
(3m + 1)(3m - 1) = 9m² — 1 (разность квадратов);
В последнем слагаемом необходимо выполнить перемножение: 2m (5m + 3) = 10m² + 6m .

Подставим полученные результаты в исходное выражение:

(m² + 6m + 9) + (9m² — 1) - (10m² + 6m) .

С учётом знаков раскроем скобки и приведём подобные слагаемые:

m² + 6m + 9 + 9m² 1 - 10m² — 6m = 8.

Задача 2. Решить уравнение, содержащее неизвестное k в 5 степени:

k⁵ + 4k⁴ + 4k³ — 4k² — 4k = k³.

Решение. В этом случае необходимо воспользоваться ФСУ и методом группировки. Нужно перенести последнее и предпоследнее слагаемое в правую часть тождества.

k⁵ + 4k⁴ + 4k³ = k³ + 4k² + 4k.

Из правой и из левой части выносится общий множитель (k² + 4k +4) :

k³(k² + 4k + 4) = k (k² + 4k + 4) .

Всё переносится в левую часть уравнения, чтобы в правой остался 0:

k³(k² + 4k + 4) - k (k² + 4k + 4) = 0 .

Снова необходимо вынести общий множитель:

(k³ — k)(k² + 4k + 4) = 0.

Из первого полученного сомножителя можно вынести k . По формуле краткого умножения второй множитель будет тождественно равен (k + 2)² :

k (k² — 1)(k + 2)² = 0.

Использование формулы разности квадратов:

k (k - 1)(k + 1)(k + 2)² = 0.

Поскольку произведение равно 0, если хотя бы один из его множителей нулевой, найти все корни уравнения не составит труда:

k = 0;
k - 1 = 0; k = 1;
k + 1 = 0; k = -1;
(k + 2)² = 0; k = -2.

На основании наглядных примеров можно понять, как запомнить формулы, их отличия, а также решить несколько практических задач с применением ФСУ. Задачи простые, и при их выполнении не должно возникнуть никаких сложностей.