Как называется формула в кубе

Формулы сокращенного умножения (ФСУ): таблица, формулировки, примеры применения.

Для умножения и возведения в степень чисел и выражений (в частности многочленов) в некоторых случаях могут быть использованы так называемые формулы сокращенного умножения. Из названия понятно, что эти формулы позволяют проводить умножение сокращенно, то есть, быстрее при более компактной записи решения.

В этой статье мы перечислим все основные наиболее часто используемые формулы сокращенного умножения. Для удобства запоминания занесем их в таблицу. Дальше дадим формулировки – они позволят читать формулы сокращенного умножения. После этого остановимся на принципах доказательства этих формул. Наконец, дадим обзор задач, для решения которых применяются формулы сокращенного умножения, и рассмотрим несколько примеров с подробными решениями.

Список формул сокращенного умножения (ФСУ) в виде таблицы

Формулы сокращенного умножения (фсу) изучаются на уроках алгебры в 7 классе после разговора про действия с многочленами и одночленами, при этом рассматриваются 7 основных формул. Перечислим их по порядку в виде списка:

• (a+b) 2 =a 2 +2·a·b+b 2 – так называемая формула квадрата суммы;
• (a−b) 2 =a 2 −2·a·b+b 2 – эта формула имеет название квадрат разности;
• (a+b) 3 =a 3 +3·a 2 ·b+3·a·b 2 +b 3 – эта формула представляет собой куб суммы;
• (a−b) 3 =a 3 −3·a 2 ·b+3·a·b 2 −b 3 – формула куба разности;
• (a−b)·(a+b)=a 2 −b 2 ;
• (a+b)·(a^2−a·b+b^2)=a^3+b^3;
• (a−b)·(a 2 +a·b+b 2 )=a 3 −b 3 .

Под буквами a и b понимаются числа, переменные, или, вообще, любые числовые и буквенные выражения.

Формулы сокращенного выражения очень часто применяются на практике, так что их все желательно выучить наизусть. До этого момента нам будет служить верой и правдой таблица формул сокращенного умножения, 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.

Во-первых, полезной будет формула бинома Ньютона вида , где — биномиальные коэффициенты, стоящие в строке под номером n в треугольнике Паскаля. С ее помощью можно сокращенно возводить сумму двух выражений в любую натуральную степень. Кстати, ФСУ квадрата и куба суммы и разности являются частными случаями формулы бинома Ньютона при n=2 и n=3 .

Она читается так: квадрат суммы n слагаемых равен сумме квадратов всех этих слагаемых и удвоенных произведений всех возможных пар этих слагаемых. Для примера возведем в квадрат с использованием этой формулы сумму трех слагаемых a , b и c , имеем (a+b+c) 2 =a 2 +b 2 +c 2 +2·a·b+2·a·c+2·b·c . В частном случае при n=2 эта формула становится уже известной нам формулой квадрата суммы двух слагаемых.

И еще не помешает держать перед глазами формулу разности n-ых степеней двух слагаемых вида a n −b n =
=(a−b)·(a n−1 +a n−2 ·b+a n−3 ·b 2 +…+a·b n−2 +b n−1 ) , которую обычно представляют раздельно для четных и нечетных показателей. Для четных показателей 2·m она имеет вид a 2·m −b 2·m =
=(a 2 −b 2 )·(a 2·m−2 +a 2·m−4 ·b 2 +a 2·m−6 ·b 4 +…+b 2·m−2 ) , а для нечетных показателей 2·m+1 – вид a 2·m+1 −b 2·m+1 =
=(a−b)·(a 2·m +a 2·m−1 ·b+a 2·m−2 ·b 2 +…+b 2·m ) . Частными случаями этой формулы являются формулы разность квадратов (при n=2 ), разность кубов (при n=3 ) и сумма кубов (при n=3 и если b заменить на −b ).

Как читаются формулы сокращенного умножения?

Чтобы рассказать решение примера, в котором были использованы формулы сокращенного умножения, нужно знать, как эти формулы читаются. Дадим соответствующие формулировки.

Сначала разберемся с принципом чтения формул сокращенного умножения. Это удобнее всего сделать, рассмотрев любую и них, например, первую формулу квадрата суммы вида (a+b) 2 =a 2 +2·a·b+b 2 .

В левой ее части находится выражение (a+b) 2 , которое представляет собой квадрат суммы двух выражений a и b , оно так и читается (отсюда понятно и название формулы). Дальше стоит знак равно, он и произносится как равно. В правой части формулы расположена сумма трех слагаемых a 2 , 2·a·b и b 2 . a 2 и b 2 – это квадраты первого и второго выражений соответственно, а 2·a·b читается как удвоенное произведение выражений a и b , слово «удвоенное» отвечает числовому коэффициенту 2 . Осталось соединить все эти рассуждения в одно предложение, которое будет ответом на вопрос, как читается формула квадрата суммы.

Итак, квадрат суммы двух выражений a и b равен сумме квадрата первого выражения, удвоенного произведения первого и второго выражений и квадрата второго выражения.

Аналогично читаются и остальные фсу.

Так квадрат разности двух выражений равен квадрату первого выражения минус удвоенное произведение этих выражений плюс квадрат второго выражения. Эта формулировка второй фсу вида (a−b) 2 =a 2 −2·a·b+b 2 .

Дальше читаем формулу (a+b) 3 =a 3 +3·a 2 ·b+3·a·b 2 +b 3 . Куб суммы двух выражений a и b равен сумме куба первого выражения, утроенного произведения квадрата первого выражения на второе, утроенного произведения первого выражения на квадрат второго и куба второго выражения.

Аналогично читается и формула куба разности (a−b) 3 =a 3 −3·a 2 ·b+3·a·b 2 −b 3 . Куб разности двух выражений равен кубу первого выражения минус утроенное произведение квадрата первого выражения на второе плюс утроенное произведение первого на квадрат второго выражения минус куб второго выражения.

Переходим к чтению пятой по списку формулы сокращенного выражения (a−b)·(a+b)=a 2 −b 2 . Произведение разности двух выражений и их суммы равно разности квадратов первого и второго выражений.

А для удобства чтения шестой и, последней, седьмой ФСУ используют термины «неполный квадрат суммы» и «неполный квадрат разности» выражений a и b , которыми называют выражения a 2 +a·b+b 2 и a 2 −a·b+b 2 соответственно. (В свою очередь выражения a 2 +2·a·b+b 2 и a 2 −2·a·b+b 2 называют полным квадратом суммы и разности соответственно.)

Итак, произведение суммы двух выражений на их неполный квадрат разности равно сумме кубов этих выражений. Так читается формула (a+b)·(a 2 −a·b+b 2 )=a 3 +b 3 . И произведение разности двух выражений на неполный квадрат их суммы равен разности кубов этих выражений, этому утверждению отвечает формула сокращенного умножения вида (a−b)·(a 2 +a·b+b 2 )=a 3 −b 3 .

Доказательство

Сейчас самое время остановиться на доказательстве формул сокращенного умножения. Доказать их достаточно легко – для этого нужно лишь выполнить возведение в степень или умножение выражений, находящихся в левых частях формул, основываясь на свойствах умножения.

Для примера докажем формулу квадрата разности (a−b) 2 =a 2 −2·a·b+b 2 . Возведем разность a−b во вторую степень. Для этого степень заменяем умножением, и выполняем это действие: (a−b) 2 =(a−b)·(a−b)=
=a·(a−b)−b·(a−b)=a·a+a·(−b)−b·a−b·(−b)=
=a 2 −a·b−b·a+b·b=a 2 −a·b−a·b+b 2 =
=a 2 −2·a·b+b 2 .

Абсолютно аналогично доказывается любая другая из 7 основных формул сокращенного умножения.

Доказательство дополнительных ФСУ можно провести с использованием метода наименьших квадратов.

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.

Упростите выражение 9·y−(1+3·y) 2 .

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 .

И если в 7 классе речь идет о преобразовании целых выражений с помощью формул сокращенного умножения, то в старших классах можно будет видеть применение ФСУ к преобразованию выражений всех других видов – дробных, иррациональных, логарифмических, тригонометрических и других. К примеру, тождества сокращенного умножения с переставленными частями позволяют представлять выражения в виде степеней или произведений, в частности, выполнять разложение многочленов на множители. Это очень полезно, к примеру, при сокращении алгебраических дробей.

Сократите дробь .

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:

.

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 интегрировании.

Источник

Формулы сокращенного умножения:
степень суммы и степень разности

Формулы сокращенного умножения включают в себя следующие группы формул:

	Степень суммы
	Степень разности
	Квадрат многочлена
	Куб трехчлена
	Сумма нечетных степеней
	Разность нечетных степеней
	Разность четных степеней

Степень суммы

Группа формул «Степень суммы» составляет Таблицу 1. Эти формулы можно получить, выполняя вычисления в следующем порядке:

(x + y) 2 = (x + y)(x + y) , (x + y) 3 = (x + y) 2 (x + y) , (x + y) 4 = (x + y) 3 (x + y)

Группу формул «Степень суммы» можно получить также с помощью треугольника Паскаля и с помощью бинома Ньютона, которым посвящены специальные разделы нашего справочника.

Название формулы	Формула
Квадрат (вторая степень) суммы	(x + y) 2 = x 2 + 2xy + y 2
Куб (третья степень) суммы	(x + y) 3 = x 3 + 3x 2 y + 3xy 2 + y 3
Четвертая степень суммы	(x + y) 4 = x 4 + 4x 3 y + 6x 2 y 2 + 4xy 3 + y 4
Пятая степень суммы	(x + y) 5 = x 5 + 5x 4 y + 10x 3 y 2 + 10x 2 y 3 + 5xy 4 + y 5
Шестая степень суммы	(x + y) 6 = x 6 + 6x 5 y + 15x 4 y 2 + 20x 3 y 3 + 15x 2 y 4 + 6xy 5 + y 6
…	…

Квадрат (вторая степень) суммы

Общая формула для вычисления суммы

с произвольным натуральным значением n рассматривается в разделе «Бином Ньютона» нашего справочника.

Степень разности

Если в формулах из Таблицы 1 заменить y на – y , то мы получим группу формул «Степень разности» (Таблица 2.):

Таблица 2. – Степень разности

Название формулы	Формула
Квадрат (вторая степень) разности	(x – y) 2 = x 2 – 2xy + y 2
Куб (третья степень) разности	(x – y) 3 = x 3 – 3x 2 y + 3xy 2 – y 3
Четвертая степень разности	(x – y) 4 = x 4 – 4x 3 y + 6x 2 y 2 – 4xy 3 + y 4
Пятая степень разности	(x – y) 5 = x 5 – 5x 4 y + 10x 3 y 2 – 10x 2 y 3 + 5xy 4 – y 5
Шестая степень разности	(x – y) 6 = x 6 – 6x 5 y + 15x 4 y 2 – 20x 3 y 3 + 15x 2 y 4 – 6xy 5 + y 6
…	…

Квадрат (вторая степень) разности

Куб (третья степень) разности

Четвертая степень разности

Квадрат многочлена

Следующая формула применяется достаточно часто и называется «Квадрат многочлена» :

Словами эту формулу можно выразить так: — «Квадрат многочлена равен сумме квадратов всех его членов плюс сумма всевозможных удвоенных произведений его членов».

Куб трехчлена

Следующая формула называется «Куб трехчлена» :

Другие формулы сокращенного умножения приведены в разделе «Формулы сокращенного умножения: сумма степеней, разность степеней» нашего справочника.

Источник