Math Labs
Định lýĐã chứng minh

Tổng và hiệu hai lập phương

Phát biểu

Với mọi số thực a,ba,b: a3−b3=(a−b)(a2+ab+b2)a^3 - b^3 = (a-b)(a^2 + ab + b^2) và a3+b3=(a+b)(a2−ab+b2)a^3 + b^3 = (a+b)(a^2 - ab + b^2).

Vì sao đúng?

Không như hiệu hai bình phương, hiệu hoặc tổng hai lập phương không thể tách chỉ bằng các nhân tử bậc một; nhân tử bậc hai a2±ab+b2a^2\pm ab+b^2 là không thể tránh khỏi, và nhận ra khuôn mẫu này giúp học sinh phân tích được những biểu thức tưởng như không thể phân tích.

Phác thảo chứng minh

Bước 1 (chứng minh đại số bằng khai triển vế phải). Khai triển (a−b)(a2+ab+b2)=a3+a2b+ab2−a2b−ab2−b3(a-b)(a^2+ab+b^2)=a^3+a^2b+ab^2-a^2b-ab^2-b^3. Các hạng tử giữa a2ba^2b và −a2b-a^2b triệt tiêu nhau, cũng như ab2ab^2 và −ab2-ab^2, chỉ còn lại đúng a3−b3a^3-b^3.

Bước 2 (chứng minh hình học bằng thể tích). Lấy một khối lập phương cạnh aa (thể tích a3a^3) rồi bỏ đi một khối lập phương nhỏ hơn cạnh bb ở một góc (thể tích b3b^3); khối còn lại có thể tích a3−b3a^3-b^3. Khối còn lại này có thể cắt thành ba tấm hình hộp chữ nhật, mỗi tấm dày a−ba-b: tấm a×a×(a−b)a\times a\times(a-b), tấm a×b×(a−b)a\times b\times(a-b), và tấm b×b×(a−b)b\times b\times(a-b). Tổng thể tích của chúng là (a−b)a2+(a−b)ab+(a−b)b2=(a−b)(a2+ab+b2)(a-b)a^2+(a-b)ab+(a-b)b^2=(a-b)(a^2+ab+b^2), khớp đúng với thể tích còn lại.

Bước 3 (phiên bản tổng lập phương, bằng phép thế). Thay bb bởi −b-b trong hằng đẳng thức hiệu lập phương được a3−(−b)3=(a−(−b))(a2+a(−b)+(−b)2)a^3-(-b)^3=(a-(-b))(a^2+a(-b)+(-b)^2), rút gọn thành a3+b3=(a+b)(a2−ab+b2)a^3+b^3=(a+b)(a^2-ab+b^2).

Chủ đề chứa định lý này

Chứng minh từng bước

Chưa có chứng minh từng bước cho định lý này.