立方和公式

立方和公式

立方和公式是有時在數學運算中需要運用的一個公式。該公式的文字表達為:兩數和,乘它們的平方和與它們的積的差,等於這兩個數的立方和;表達式為:(a+b)(a²-ab+b²)=a³+b³。

公式


立方和公式

立方差公式

三項立方和公式

推導過程


立方和:
a³+b³
=a³+a²b-a²b+b³
=a²(a+b)-b(a²-b²)
=a²(a+b)-b(a+b)(a-b)
=(a+b)[a²-b(a-b)]
=(a+b)(a²-ab+b²)
立方差:
a3-b3
=a3-b3+a2b-a2b
=a2(a-b)+b(a2-b2)
=a2(a-b)+b(a+b)(a-b)
=[a2+b(a+b)](a-b)
=(a-b)(a2+ab+b2)

完全立方公式


(a-b)³=a³+3ab²-3a²b-b³

分解步驟如下

(a+b)3=(a+b)(a+b)(a+b) = (a2+2ab+b2)(a+b)=a3+3a2b + 3ab2+ b3

解題時常用它的變形

(a+b)3= a3+ b3+ 3ab(a+b) 和 a3+ b3= (a+b)3- 3ab(a+b)
(a-b)³=(a-b)(a-b)(a-b)=(a²-2ab+b²)(a-b)=a³-3a²b+3ab²-b³
立方和累加
正整數範圍中
註:可用數學歸納法證明

公式證明


迭代法一

我們知道:
0次方和的求和公式,即
1次方和的求和公式,即
2次方和的求和公式,即——平方和公式,此公式可由同種方法得出,取公式,迭代即得。
具體如下:
(k+1) - k = (k + 3k + 3k + 1) - k = 3k + 3k + 1
利用上面這個式子有:
2 - 1 = 3×1 + 3×1 + 1
3 - 2 = 3×2 + 3×2 + 1
4 - 3 = 3×3 + 3×3+ 1
5 - 4 = 3×4 + 3×4 + 1
……
(n+1) - n = 3×n + 3n + 1
把上述各等式左右分別相加 得到:
(n+1)-1 = 3×(1+2+3+……+n) + 3×(1+2+3+……+n)+n×1
n + 3n + 3n + 1 - 1 = 3×(1+2+3+……+n)+3×n(n+1)/2+n (1)
其中1 + 2+ 3 + …… + n = n(n+1)(2n+1)/6
代入(1)式,整理後得 1 + 2+ 3 + …… + n=[n(n+1)/2]

迭代法二

取公式:
係數可由楊輝三角形來確定
那麼就得出:
…………⑴
…………⑵
…………⑶
…………
…………(n).
於是⑴+⑵+⑶+…+(n)有
左邊=
右邊=
把以上這已經證得的三個公式代入,
移項后得
等號右側合併同類項后得
推導完畢。

排列組合法

設數列{}=n(n+1)(n+2),其n項和為,且設=+++…+,則
=1×(1+1)×(1+2)+2×(2+1)×(2+2)+…+n(n+1)(n+2)
=
=
=+3+2
=+3×+2×
=++n(n+1)
又=1×(1+1)×(1+2)+2×(2+1)×(2+2)+…+n(n+1)(n+2)
=+++…+
=(+++…+)
=(+++…+)
=(+++…+)
=(++…+)
=…
=
=6
由此得=。

幾何驗證

透過繪立體的圖像,也可驗證立方和。根據右圖,設兩個立方,總和為:
把兩個立方體對角貼在一起,根據虛線,可間接得到:
要得到,可使用的空白位置。該空白位置可分割為3個部分:
·
·
·
把三個部分加在一起,便得:
=
=
之後,把減去它,便得:公式發現兩個數項皆有一個公因子,把它抽出,並得:
=
可通過完全平方公式,得到:
=
=
這樣便可證明: