上一篇最尾講到,x 2 + 6 x + 9 x^2 + 6x + 9 x 2 + 6 x + 9 同 x 2 − 9 x^2 - 9 x 2 − 9 呢類式有固定樣子。佢哋用十字相乘都分解到,但如果你一眼認得出,就可以直接套公式,一步寫出答案。呢啲公式叫恆等式(identity)。呢篇講三組:完全平方、平方差,同埋立方和與立方差。之後簡化代數分式、解方程,都會成日用到佢哋。
恆等式(identity):無論代乜嘢數入去,兩邊都一樣嘅等式。1. 方程(equation)淨係喺某啲值先成立,例如 2 x = 6 2x = 6 2 x = 6 淨係 x = 3 x = 3 x = 3 先啱;恆等式就係每個值都啱,例如 ( x + 3 ) 2 = x 2 + 6 x + 9 (x + 3)^2 = x^2 + 6x + 9 ( x + 3 ) 2 = x 2 + 6 x + 9 。2. 所以恆等式由左讀去右係展開,由右讀返去左就係因式分解。 完全平方:中間項係 2ab 完全平方(perfect square)恆等式:a 2 + 2 a b + b 2 = ( a + b ) 2 a^2 + 2ab + b^2 = (a + b)^2 a 2 + 2 ab + b 2 = ( a + b ) 2 ,a 2 − 2 a b + b 2 = ( a − b ) 2 a^2 - 2ab + b^2 = (a - b)^2 a 2 − 2 ab + b 2 = ( a − b ) 2 。1. 首項同尾項都要係某個嘢嘅平方。2. 中間項要啱啱等於兩個底數相乘再乘 2,即係 2 a b 2ab 2 ab 。3. 中間項係負,括號入面就用減號。 點解會係咁?用返我哋展開嗰陣用開嘅長方形面積嚟睇。x 2 + 6 x + 9 x^2 + 6x + 9 x 2 + 6 x + 9 係一個邊長 x + 3 x + 3 x + 3 嘅正方形:x 2 x^2 x 2 同 9 係兩個角嘅正方形,兩條紫色長條各係 3 x 3x 3 x ,加埋就係中間嘅 6 x 6x 6 x 。正方形嘅兩條長條一定一樣大,所以中間項一定係 2 a b 2ab 2 ab ,唔係 a b ab ab 。
認完全平方要三樣一齊驗。例如 9 x 2 − 12 x + 4 9x^2 - 12x + 4 9 x 2 − 12 x + 4 :9 x 2 = ( 3 x ) 2 9x^2 = (3x)^2 9 x 2 = ( 3 x ) 2 ,4 = 2 2 4 = 2^2 4 = 2 2 ,2 × 3 x × 2 = 12 x 2 \times 3x \times 2 = 12x 2 × 3 x × 2 = 12 x ,中間項係負,所以 9 x 2 − 12 x + 4 = ( 3 x − 2 ) 2 9x^2 - 12x + 4 = (3x - 2)^2 9 x 2 − 12 x + 4 = ( 3 x − 2 ) 2 。最常見嘅錯係淨係睇頭尾:x 2 + 5 x + 9 x^2 + 5x + 9 x 2 + 5 x + 9 頭尾都係平方,但 2 × x × 3 = 6 x 2 \times x \times 3 = 6x 2 × x × 3 = 6 x ,唔係 5 x 5x 5 x ,所以佢唔係完全平方。尾項係負數嘅,例如 x 2 + 6 x − 9 x^2 + 6x - 9 x 2 + 6 x − 9 ,都一定唔係,因為平方唔會係負數。
平方差:兩個平方相減 平方差(difference of two squares)恆等式:a 2 − b 2 = ( a + b ) ( a − b ) a^2 - b^2 = (a + b)(a - b) a 2 − b 2 = ( a + b ) ( a − b ) 。1. 式入面淨係得兩項,兩項都係平方,中間係減號。2. 分解出嚟一個括號係加、一個係減,兩個括號入面嘅底數一樣。3. 平方和 a 2 + b 2 a^2 + b^2 a 2 + b 2 喺實數入面分解唔到。 點解 x 2 − 9 x^2 - 9 x 2 − 9 會變成 ( x + 3 ) ( x − 3 ) (x + 3)(x - 3) ( x + 3 ) ( x − 3 ) ?睇下面個圖:一個邊長 x x x 嘅正方形,剪走角落一個 3 × 3 3 \times 3 3 × 3 嘅細正方形,剩低嘅面積就係 x 2 − 9 x^2 - 9 x 2 − 9 。將下面嗰條紫色長條轉個方向,搬去右邊,就拼成一個長 x + 3 x + 3 x + 3 、闊 x − 3 x - 3 x − 3 嘅長方形。面積由頭到尾冇變過,所以兩條式一定相等。
用嘅時候,先將每一項寫成平方。例如 4 x 2 − 25 = ( 2 x ) 2 − 5 2 = ( 2 x + 5 ) ( 2 x − 5 ) 4x^2 - 25 = (2x)^2 - 5^2 = (2x + 5)(2x - 5) 4 x 2 − 25 = ( 2 x ) 2 − 5 2 = ( 2 x + 5 ) ( 2 x − 5 ) 。同學成日漏咗係數,寫成 ( x + 5 ) ( x − 5 ) (x + 5)(x - 5) ( x + 5 ) ( x − 5 ) ,乘返開得 x 2 − 25 x^2 - 25 x 2 − 25 ,同原式唔一樣。有啲題目要用兩次:x 4 − 16 = ( x 2 + 4 ) ( x 2 − 4 ) = ( x 2 + 4 ) ( x + 2 ) ( x − 2 ) x^4 - 16 = (x^2 + 4)(x^2 - 4) = (x^2 + 4)(x + 2)(x - 2) x 4 − 16 = ( x 2 + 4 ) ( x 2 − 4 ) = ( x 2 + 4 ) ( x + 2 ) ( x − 2 ) 。x 2 − 4 x^2 - 4 x 2 − 4 仲可以再拆,但 x 2 + 4 x^2 + 4 x 2 + 4 係平方和,拆唔到,就咁留喺度。
立方和與立方差:記住「同、異、正」 立方和(sum of two cubes)同立方差(difference of two cubes)恆等式:a 3 + b 3 = ( a + b ) ( a 2 − a b + b 2 ) a^3 + b^3 = (a + b)(a^2 - ab + b^2) a 3 + b 3 = ( a + b ) ( a 2 − ab + b 2 ) ,a 3 − b 3 = ( a − b ) ( a 2 + a b + b 2 ) a^3 - b^3 = (a - b)(a^2 + ab + b^2) a 3 − b 3 = ( a − b ) ( a 2 + ab + b 2 ) 。1. 同:第一個括號嘅符號同原式一樣。2. 異:第二個括號中間 a b ab ab 嘅符號同原式相反。3. 正:第二個括號最尾嗰項 b 2 b^2 b 2 永遠係正。 呢兩條唔使死記,展開一次就明。以立方差為例:
( a − b ) ( a 2 + a b + b 2 ) = a 3 + a 2 b + a b 2 − a 2 b − a b 2 − b 3 = a 3 − b 3 (a - b)(a^2 + ab + b^2) = a^3 + a^2 b + ab^2 - a^2 b - ab^2 - b^3 = a^3 - b^3 ( a − b ) ( a 2 + ab + b 2 ) = a 3 + a 2 b + a b 2 − a 2 b − a b 2 − b 3 = a 3 − b 3 中間四項兩兩抵銷,淨低頭尾。所以第二個括號中間係 a b ab ab ,唔係 2 a b 2ab 2 ab :如果係 2 a b 2ab 2 ab ,中間就抵銷唔晒。呢度就係同學最易錯嘅位:見到 a 2 a^2 a 2 同 b 2 b^2 b 2 就以為係完全平方,自動寫咗 2 a b 2ab 2 ab 落去。
例題:先抽公因式,再認立方 因式分解 16 x 3 − 54 16x^3 - 54 16 x 3 − 54 。
先睇有冇公因式:16 同 54 都係雙數,抽出 2:16 x 3 − 54 = 2 ( 8 x 3 − 27 ) 16x^3 - 54 = 2(8x^3 - 27) 16 x 3 − 54 = 2 ( 8 x 3 − 27 ) 。 將括號入面兩項寫成立方:8 x 3 = ( 2 x ) 3 8x^3 = (2x)^3 8 x 3 = ( 2 x ) 3 ,27 = 3 3 27 = 3^3 27 = 3 3 ,所以 a = 2 x a = 2x a = 2 x 、b = 3 b = 3 b = 3 ,係立方差。 套立方差恆等式,第一個括號跟原式用減號:( 2 x ) 3 − 3 3 = ( 2 x − 3 ) [ ( 2 x ) 2 + ( 2 x ) ( 3 ) + 3 2 ] (2x)^3 - 3^3 = (2x - 3)\left[(2x)^2 + (2x)(3) + 3^2\right] ( 2 x ) 3 − 3 3 = ( 2 x − 3 ) [ ( 2 x ) 2 + ( 2 x ) ( 3 ) + 3 2 ] 。 逐項計第二個括號,中間嗰項係 a b = 6 x ab = 6x ab = 6 x ,唔係 12 x 12x 12 x :( 2 x ) 2 + ( 2 x ) ( 3 ) + 3 2 = 4 x 2 + 6 x + 9 (2x)^2 + (2x)(3) + 3^2 = 4x^2 + 6x + 9 ( 2 x ) 2 + ( 2 x ) ( 3 ) + 3 2 = 4 x 2 + 6 x + 9 。 記得前面個 2:16 x 3 − 54 = 2 ( 2 x − 3 ) ( 4 x 2 + 6 x + 9 ) 16x^3 - 54 = 2(2x - 3)(4x^2 + 6x + 9) 16 x 3 − 54 = 2 ( 2 x − 3 ) ( 4 x 2 + 6 x + 9 ) 。 驗算:代 x = 1 x = 1 x = 1 ,原式係 16 − 54 = − 38 16 - 54 = -38 16 − 54 = − 38 ;答案係 2 ( 2 − 3 ) ( 4 + 6 + 9 ) = 2 × ( − 1 ) × 19 = − 38 2(2 - 3)(4 + 6 + 9) = 2 \times (-1) \times 19 = -38 2 ( 2 − 3 ) ( 4 + 6 + 9 ) = 2 × ( − 1 ) × 19 = − 38 ,兩邊一樣。咁 4 x 2 + 6 x + 9 4x^2 + 6x + 9 4 x 2 + 6 x + 9 仲可唔可以再分解?佢頭尾係 ( 2 x ) 2 (2x)^2 ( 2 x ) 2 同 3 2 3^2 3 2 ,完全平方要中間係 12 x 12x 12 x ,而家得 6 x 6x 6 x ,所以唔係;用十字相乘亦搵唔到整數。所以佢就係最後答案。
總結:見到一條式,先抽公因式,再數有幾多項。兩項就睇吓係咪平方差、立方和或者立方差;三項就驗吓係咪完全平方,頭尾係平方、中間係 2 a b 2ab 2 ab ;都唔係就用返十字相乘。下一篇講代數分式(algebraic fractions):例如 x 2 − 9 x 2 + 6 x + 9 \frac{x^2 - 9}{x^2 + 6x + 9} x 2 + 6 x + 9 x 2 − 9 ,上下分別分解做 ( x + 3 ) ( x − 3 ) (x + 3)(x - 3) ( x + 3 ) ( x − 3 ) 同 ( x + 3 ) 2 (x + 3)^2 ( x + 3 ) 2 ,約走 x + 3 x + 3 x + 3 就得 x − 3 x + 3 \frac{x - 3}{x + 3} x + 3 x − 3 。今次學嘅恆等式,下一篇即刻用得着。
詳情:DSE 數學補習課程
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