الحل الهندسي للمتطابقة الهامة
(
a
+
b
)
3
=
a
3
+
3
a
2
b
+
3
a
b
2
+
b
3
{\displaystyle (a+b)^{3}=a^{3}+3a^{2}b+3ab^{2}+b^{3}\,}
في الرياضيات ، يطلق اسم المتطابقات الهامة [ 1] أو المتطابقات الشهيرة أو المتساويات الهامة على بعض المتساويات التي تطبق على أعداد أو حدوديات . و هي تساعد على تسريع عمليات الحساب، تبسيط بعض الكتابات الجبرية، وكذا تحديد العوامل. تساعد المتطابقات الهامة كذلك في حل معادلة من الدرجة الثانية و إيجاد حلول المعادلات. [ ا]
بينت معظم هذه المتطابقات الهامة بالحلول الهندسية ثم عوضت بقيم قوة أكبر عن طريق حسابات جبرية.
متطابقات هامة من الدرجة الثانية[ عدل ]
في هذا القسم بأكمله، a و b عددان حقيقيان ، أو عددان عقديان .
هذه المتطابقات الهامة صحيحة في حلقة تبادلية، حيث a و b متبادلان .
المتطابقات الهامة من الدرجة الثانية هي:[ 2]
(
a
+
b
)
2
=
a
2
+
2
a
b
+
b
2
{\displaystyle (a+b)^{2}=a^{2}+2ab+b^{2}}
(
a
−
b
)
2
=
a
2
−
2
a
b
+
b
2
{\displaystyle (a-b)^{2}=a^{2}-2ab+b^{2}}
(
a
+
b
)
(
a
−
b
)
=
a
2
−
b
2
{\displaystyle (a+b)(a-b)=a^{2}-b^{2}}
المتطابقة الهامة الثانية يمكن أخذها حالة خاصة من المتطابقة الهامة الأولى، مع اعتبار، أنه تم تعويض (b )
بـ (b– ) في المتساوية الأولى.
حسب القاعدة نستنج الخاصية التالية:
تعريف جداء هام :
تسمى التعابير الثلاثة التالية جداء هاما
(
a
+
b
)
2
;
(
a
−
b
)
2
;
(
a
−
b
)
(
a
+
b
)
.
{\displaystyle (a+b)^{2}{\text{;}}\quad (a-b)^{2}{\text{;}}\quad (a-b)(a+b).}
—[ 2]
و نستنتج أيضا :
تعريف مجموع هام :
تسمى التعابير الثلاثة التالية مجموعا هاما
a
2
+
2
a
b
+
b
2
;
a
2
−
2
a
b
+
b
2
;
a
2
−
b
2
.
{\displaystyle a^{2}+2ab+b^{2};\quad a^{2}-2ab+b^{2};\quad a^{2}-b^{2}.}
—[ 2]
تساعد المتطابقات الهامة على تحويل كتابات بعض التعابير الجبرية، كما في المثال التالي:[ 3]
A
=
(
2
x
−
3
)
2
+
(
x
+
5
)
(
3
−
x
)
.
{\displaystyle A=(2x-3)^{2}+(x+5)(3-x).}
التعبير A هو مجموع عمليتين جبريتين. العملية الأولى تعتبر جداء هاما، يمكن تحويلها إلى جمع :
(
2
x
−
3
)
2
=
(
2
x
)
2
−
2
×
2
x
×
3
+
3
2
=
4
x
2
−
12
x
+
9
;
A
=
4
x
2
−
12
x
+
9
+
(
x
+
5
)
(
3
−
x
)
.
{\displaystyle (2x-3)^{2}=(2x)^{2}-2\times 2x\times 3+3^{2}=4x^{2}-12x+9\quad {\text{;}}\quad A=4x^{2}-12x+9+(x+5)(3-x).}
يعتمد حل المقطع الثاني على عملية النشر :
(
x
+
5
)
(
3
−
x
)
=
x
(
3
−
x
)
+
5
(
3
−
x
)
=
3
x
−
x
2
+
15
−
5
x
=
−
x
2
−
2
x
+
15.
{\displaystyle (x+5)(3-x)=x(3-x)+5(3-x)=3x-x^{2}+15-5x=-x^{2}-2x+15.}
بجمع العمليتين نحصل على النتيجة
A
=
4
x
2
−
12
x
+
9
−
x
2
−
2
x
+
15
=
3
x
2
−
14
x
+
24.
{\displaystyle A=4x^{2}-12x+9-x^{2}-2x+15=3x^{2}-14x+24.}
المعادلات من الدرجة الثانية[ عدل ]
تمكن المتطابقات الهامة من حل معادلات من الدرجة الثانية . نعتبر المثال التالي:
x
2
+
2
x
−
5
=
0.
{\displaystyle x^{2}+2x-5=0.}
لحل المعادلة نقوم بحل الجانب الذي لا يحتوي على مجاهيل وذلك باستخراج عدد آخر.
x
2
+
2
x
−
5
=
x
2
+
2
x
+
1
−
6.
{\displaystyle x^{2}+2x-5=x^{2}+2x+1-6.}
الأعداد الثلاثة الأولى الآن تشكل مجموعا هاما ، يمكن تطبيق المتطابقة الهامة بحيث تصبح المعادلة على شكل:
x
2
+
2
x
−
5
=
(
x
+
1
)
2
−
6
=
(
x
+
1
)
2
−
(
6
)
2
=
0.
{\displaystyle x^{2}+2x-5=(x+1)^{2}-6=(x+1)^{2}-({\sqrt {6}})^{2}=0.}
نستنتج الآن مجموعا هاما جديدا بحيث تكتب المعادلة على شكل:
x
2
+
2
x
−
5
=
(
x
+
1
+
6
)
(
x
+
1
−
6
)
=
0.
{\displaystyle x^{2}+2x-5=(x+1+{\sqrt {6}})(x+1-{\sqrt {6}})=0.}
الجداء a .b لعددين a و b يكون منعدما إذا وفقط إذا كان a أو b منعدما. [ ب] . حل المعادلة يؤول إلى حل معادلتين من الدرجة الأولى :
(
1
)
x
+
1
+
6
=
0
;
(
2
)
x
+
1
−
6
=
0.
{\displaystyle (1)\;x+1+{\sqrt {6}}=0\quad {\text{;}}\quad (2)\;x+1-{\sqrt {6}}=0.}
نجد حلي المعادلة، التي تسمى أيضا جذر الحدودية :
x
1
=
−
1
−
6
;
x
2
=
−
1
+
6
.
{\displaystyle x_{1}=-1-{\sqrt {6}}\quad {\text{;}}\quad x_{2}=-1+{\sqrt {6}}.}
متعددات حدود مرفوعة إلى الدرجة الثانية[ عدل ]
خاصية :
لرفع حدودية ذات حدود متعددة إلى الدرجة الثانية، فقط يتم جمع مربع كل حد في الحدودية مع ضعف مجموع الجداءات الممكنة بين الحدود
—مثال:
(
a
+
b
+
c
)
2
=
a
2
+
b
2
+
c
2
+
2
(
a
b
+
a
c
+
b
c
)
,
{\displaystyle (a+b+c)^{2}=a^{2}+b^{2}+c^{2}+2(ab+ac+bc),}
(
a
+
b
+
c
+
d
)
2
=
a
2
+
b
2
+
c
2
+
d
2
+
2
(
a
b
+
a
c
+
a
d
+
b
c
+
b
d
+
c
d
)
.
{\displaystyle (a+b+c+d)^{2}=a^{2}+b^{2}+c^{2}+d^{2}+2(ab+ac+ad+bc+bd+cd).}
متطابقات هامة متنوعة[ عدل ]
متطابقة أويلر للمربعات الأربعة[ عدل ]
متطابقة المربعات الأربعة لأويلر تصل بينها ثمانية أعداد وتأخذ الشكل التالي:
(
a
1
2
+
a
2
2
+
a
3
2
+
a
4
2
)
(
b
1
2
+
b
2
2
+
b
3
2
+
b
4
2
)
{\displaystyle (a_{1}^{2}+a_{2}^{2}+a_{3}^{2}+a_{4}^{2})(b_{1}^{2}+b_{2}^{2}+b_{3}^{2}+b_{4}^{2})}
=
(
a
1
b
1
−
a
2
b
2
−
a
3
b
3
−
a
4
b
4
)
2
+
(
a
1
b
2
+
a
2
b
1
+
a
3
b
4
−
a
4
b
3
)
2
{\displaystyle =(a_{1}b_{1}-a_{2}b_{2}-a_{3}b_{3}-a_{4}b_{4})^{2}+(a_{1}b_{2}+a_{2}b_{1}+a_{3}b_{4}-a_{4}b_{3})^{2}}
+
(
a
1
b
3
−
a
2
b
4
+
a
3
b
1
+
a
4
b
2
)
2
+
(
a
1
b
4
+
a
2
b
3
−
a
3
b
2
+
a
4
b
1
)
2
.
{\displaystyle +\,(a_{1}b_{3}-a_{2}b_{4}+a_{3}b_{1}+a_{4}b_{2})^{2}+(a_{1}b_{4}+a_{2}b_{3}-a_{3}b_{2}+a_{4}b_{1})^{2}.}
متطابقة صوفي جرمين تنص على أن لكل عدد x و y ، لدينا:
x
4
+
4
y
4
=
(
x
2
+
2
y
2
)
2
−
4
x
2
y
2
=
(
x
2
+
2
y
2
−
2
x
y
)
(
x
2
+
2
y
2
+
2
x
y
)
=
(
(
x
+
y
)
2
+
y
2
)
(
(
x
−
y
)
2
+
y
2
)
.
{\displaystyle x^{4}+4y^{4}=(x^{2}+2y^{2})^{2}-4x^{2}y^{2}=(x^{2}+2y^{2}-2xy)(x^{2}+2y^{2}+2xy)=((x+y)^{2}+y^{2})((x-y)^{2}+y^{2}).}
متطابقة جون روبرت أرغاند[ عدل ]
(
x
2
+
x
+
1
)
(
x
2
−
x
+
1
)
=
x
4
+
x
2
+
1.
{\displaystyle (x^{2}+x+1)(x^{2}-x+1)=x^{4}+x^{2}+1.}
متطابقة كارل فريدريك غوس[ عدل ]
a
3
+
b
3
+
c
3
−
3
a
b
c
=
(
a
+
b
+
c
)
(
a
2
+
b
2
+
c
2
−
a
b
−
a
c
−
b
c
)
=
1
2
(
a
+
b
+
c
)
[
(
a
−
b
)
2
+
(
b
−
c
)
2
+
(
a
−
c
)
2
]
.
{\displaystyle a^{3}+b^{3}+c^{3}-3abc=(a+b+c)(a^{2}+b^{2}+c^{2}-ab-ac-bc)={\frac {1}{2}}(a+b+c)[(a-b)^{2}+(b-c)^{2}+(a-c)^{2}].}
متطابقات أدريان لوجاندر[ عدل ]
(
a
+
b
)
2
+
(
a
−
b
)
2
=
2
(
a
2
+
b
2
)
,
{\displaystyle (a+b)^{2}+(a-b)^{2}=2(a^{2}+b^{2}),}
(
a
+
b
)
2
−
(
a
−
b
)
2
=
4
a
b
,
{\displaystyle (a+b)^{2}-(a-b)^{2}=4ab,}
(
a
+
b
)
4
−
(
a
−
b
)
4
=
8
a
b
(
a
2
+
b
2
)
.
{\displaystyle (a+b)^{4}-(a-b)^{4}=8ab(a^{2}+b^{2}).}
متطابقات جوزيف لاغرانج[ عدل ]
(
a
2
+
b
2
)
(
x
2
+
y
2
)
=
(
a
x
+
b
y
)
2
+
(
a
y
−
b
x
)
2
,
{\displaystyle (a^{2}+b^{2})(x^{2}+y^{2})=(ax+by)^{2}+(ay-bx)^{2},}
(
a
2
+
b
2
+
c
2
)
(
x
2
+
y
2
+
z
2
)
=
(
a
x
+
b
y
+
c
z
)
2
+
(
a
y
−
b
x
)
2
+
(
a
z
−
c
x
)
2
+
(
b
z
−
c
y
)
2
.
{\displaystyle (a^{2}+b^{2}+c^{2})(x^{2}+y^{2}+z^{2})=(ax+by+cz)^{2}+(ay-bx)^{2}+(az-cx)^{2}+(bz-cy)^{2}.}
متطابقة هامة من الدرجة n[ عدل ]
نظرية ذات الحدين لنيوتن[ عدل ]
نفس التقنية المتبعة في المتطابقة الهامة ذات الدرجة 2. ليكن a و b عددين حقيقيين:
(
a
+
b
)
3
=
a
3
+
3
a
2
b
+
3
a
b
2
+
b
3
;
{\displaystyle (a+b)^{3}=a^{3}+3a^{2}b+3ab^{2}+b^{3};}
(
a
−
b
)
3
=
a
3
−
3
a
2
b
+
3
a
b
2
−
b
3
.
{\displaystyle (a-b)^{3}=a^{3}-3a^{2}b+3ab^{2}-b^{3}.}
بطريقة أخرى:
(
a
+
b
)
4
=
a
4
+
4
a
3
b
+
6
a
2
b
2
+
4
a
b
3
+
b
4
;
{\displaystyle (a+b)^{4}=a^{4}+4a^{3}b+6a^{2}b^{2}+4ab^{3}+b^{4};}
(
a
−
b
)
4
=
a
4
−
4
a
3
b
+
6
a
2
b
2
−
4
a
b
3
+
b
4
.
{\displaystyle (a-b)^{4}=a^{4}-4a^{3}b+6a^{2}b^{2}-4ab^{3}+b^{4}.}
بنفس الطريقة:
(
a
+
b
)
5
=
a
5
+
5
a
4
b
+
10
a
3
b
2
+
10
a
2
b
3
+
5
a
b
4
+
b
5
;
{\displaystyle (a+b)^{5}=a^{5}+5a^{4}b+10a^{3}b^{2}+10a^{2}b^{3}+5ab^{4}+b^{5};}
(
a
−
b
)
5
=
a
5
−
5
a
4
b
+
10
a
3
b
2
−
10
a
2
b
3
+
5
a
b
4
−
b
5
.
{\displaystyle (a-b)^{5}=a^{5}-5a^{4}b+10a^{3}b^{2}-10a^{2}b^{3}+5ab^{4}-b^{5}.}
كذلك يمكن جعلها على أي درجة n باستعمالنظرية ذات الحدين أو نظرية حد الكرخي — نيوتن
(
x
+
y
)
n
=
∑
k
=
0
n
(
n
k
)
x
n
−
k
y
k
.
{\displaystyle (x+y)^{n}=\sum _{k=0}^{n}{n \choose k}x^{n-k}y^{k}.}
معاملات التعبير المعتبر كحدودية في x و في y تدعى معاملات ثنائية . حتى وإن كان y عددا سالبا ، فإنه نحصل على نفس التعابير أعلاه.
متطابقات هامة من الدرجة الثانية
(
a
+
b
)
2
=
a
2
+
2
a
b
+
b
2
{\displaystyle (a+b)^{2}=a^{2}+2ab+b^{2}\,}
(
a
−
b
)
2
=
a
2
−
2
a
b
+
b
2
{\displaystyle (a-b)^{2}=a^{2}-2ab+b^{2}\,}
a
2
−
b
2
=
(
a
−
b
)
(
a
+
b
)
{\displaystyle a^{2}-b^{2}=(a-b)(a+b)\,}
متطابقات هامة من الدرجة الثالثة
(
a
+
b
)
3
=
a
3
+
3
a
2
b
+
3
a
b
2
+
b
3
{\displaystyle (a+b)^{3}=a^{3}+3a^{2}b+3ab^{2}+b^{3}\,}
(
a
−
b
)
3
=
a
3
−
3
a
2
b
+
3
a
b
2
−
b
3
{\displaystyle (a-b)^{3}=a^{3}-3a^{2}b+3ab^{2}-b^{3}\,}
a
3
+
b
3
=
(
a
+
b
)
(
a
2
−
a
b
+
b
2
)
{\displaystyle a^{3}+b^{3}=(a+b)(a^{2}-ab+b^{2})\,}
a
3
−
b
3
=
(
a
−
b
)
(
a
2
+
a
b
+
b
2
)
{\displaystyle a^{3}-b^{3}=(a-b)(a^{2}+ab+b^{2})\,}
متطابقات هامة من الدرجة الرابعة
(
a
+
b
)
4
=
a
4
+
4
a
3
b
+
6
a
2
b
2
+
4
a
b
3
+
b
4
{\displaystyle (a+b)^{4}=a^{4}+4a^{3}b+6a^{2}b^{2}+4ab^{3}+b^{4}\,}
(
a
−
b
)
4
=
a
4
−
4
a
3
b
+
6
a
2
b
2
−
4
a
b
3
+
b
4
{\displaystyle (a-b)^{4}=a^{4}-4a^{3}b+6a^{2}b^{2}-4ab^{3}+b^{4}\,}
متطابقات هامة من الدرجة الخامسة
(
a
+
b
)
5
=
a
5
+
5
a
4
b
+
10
a
3
b
2
+
10
a
2
b
3
+
5
a
b
4
+
b
5
{\displaystyle (a+b)^{5}=a^{5}+5a^{4}b+10a^{3}b^{2}+10a^{2}b^{3}+5ab^{4}+b^{5}\,}
(
a
−
b
)
5
=
a
5
−
5
a
4
b
+
10
a
3
b
2
−
10
a
2
b
3
+
5
a
b
4
−
b
5
{\displaystyle (a-b)^{5}=a^{5}-5a^{4}b+10a^{3}b^{2}-10a^{2}b^{3}+5ab^{4}-b^{5}\,}
a
5
+
b
5
=
(
a
+
b
)
(
a
4
−
a
3
b
+
a
2
b
2
−
a
b
3
+
b
4
)
{\displaystyle a^{5}+b^{5}=(a+b)(a^{4}-a^{3}b+a^{2}b^{2}-ab^{3}+b^{4})\,}
a
5
−
b
5
=
(
a
−
b
)
(
a
4
+
a
3
b
+
a
2
b
2
+
a
b
3
+
b
4
)
{\displaystyle a^{5}-b^{5}=(a-b)(a^{4}+a^{3}b+a^{2}b^{2}+ab^{3}+b^{4})\,}
متطابقات هامة من الدرجة السادسة
a
6
+
b
6
=
(
a
2
+
b
2
)
(
a
4
−
a
2
b
2
+
b
4
)
{\displaystyle a^{6}+b^{6}=(a^{2}+b^{2})(a^{4}-a^{2}b^{2}+b^{4})\,}
a
6
−
b
6
=
(
a
+
b
)
(
a
−
b
)
(
a
2
+
a
b
+
b
2
)
(
a
2
−
a
b
+
b
2
)
{\displaystyle a^{6}-b^{6}=(a+b)(a-b)(a^{2}+ab+b^{2})(a^{2}-ab+b^{2})\,}
متطابقات هامة من الدرجة السابعة
a
7
+
b
7
=
(
a
+
b
)
(
a
6
−
a
b
5
+
a
2
b
4
−
a
3
b
3
+
a
4
b
2
−
a
5
b
+
b
6
)
{\displaystyle a^{7}+b^{7}=(a+b)(a^{6}-ab^{5}+a^{2}b^{4}-a^{3}b^{3}+a^{4}b^{2}-a^{5}b+b^{6})\,}
a
7
−
b
7
=
(
a
−
b
)
(
a
6
+
a
b
5
+
a
2
b
4
+
a
3
b
3
+
a
4
b
2
+
a
5
b
+
b
6
)
{\displaystyle a^{7}-b^{7}=(a-b)(a^{6}+ab^{5}+a^{2}b^{4}+a^{3}b^{3}+a^{4}b^{2}+a^{5}b+b^{6})\,}