我是中考數(shù)學當百薈,我來回答。
對初中生而言,乘法公式分兩類:平方公式和立方公式。其中常用的是平方公式,現(xiàn)行《課標》中已經(jīng)把立方公式不做要求了。平方公式包括:平方差公式和完全平方公式,立方公式包括:完全立方公式、立方和、立方差公式等。它們的推導主要有兩種方式:代數(shù)法和幾何法,兩種方式相互印證,體現(xiàn)數(shù)形結(jié)合的思想。代數(shù)方法,主要運用整體思想和分配律,幾何方法,主要運用圖形的等(面)積變換。
平方公式
平方差
(a-b)(a+b)=a2-b2
完全平方公式
(a-b)2=a2+b2-2ab
(a+b)2=a2+b2+2ab
立方公式
立方差
(a-b)(a2+b2+ab)=a^3-b^3
立方和
(a+b)(a2+b2-ab)=a^3+b^3
完全立方公式
(a-b)^3=a^3-3a2b+3ab2-b^3
(a+b)^3=a^3+3a2b+3ab2+b^3
乘法公式是初中階段務必掌握的基礎內(nèi)容,也是重點。對初學者而言,乘法公式太多了,容易犯死記硬背的大忌。死記硬背絕對是最后的選擇,除非不能理解,學習沒有章法(可想而知,死記硬背者,在公式運用階段的那種痛苦和不堪狀)。因而學習乘法公式必須弄清楚公式的來龍去脈,掌握公式的推導,推導包括代數(shù)法和幾何法。理解了,你就會發(fā)現(xiàn)其中的規(guī)律,理解了,你就會巧妙記憶,將公式歸類,在此基礎上,你就會發(fā)現(xiàn)原來公式并不需要那么多,4個夠了,甚至1個(分配律)足矣!
乘法公式的代數(shù)法推導,主要依據(jù)初中七年級所學的多項式乘法法則,追根溯源,初中所學的多項式的乘法法則,是小學所學乘法對加法分配律而來。乘法公式的幾何法解釋除了印證代數(shù)法推導的合理解釋外,更重要的是其中涉及的數(shù)學思想:數(shù)形結(jié)合。
公式的推導
1.平方差公式
(a-b)(a+b)=a2-b2
兩數(shù)差與兩數(shù)和的積等于這兩數(shù)的平方差。
代數(shù)法推導
(a-b)(a+b)
=()(a+b)
=()a+()b
=(a-b)a+(a-b)b
=a2-ab+ab-b2
=a2-b2
將第一個括號(a-b)視為一個整體,這個整體本文用()表示,利用分配律,分配給第二個括號中的a,b。再次利用分配律,然后合并同類項,即得結(jié)果。以下公式的推導都是這種思路。
幾何解釋:如下圖1,圖2
圖1是從邊長為a的正方形中剪去一角(邊長為b的正方形),圖2由圖1變化而來:將圖1缺口處的矩形(長寬分別為a-b和b)剪下,然后放置到圖2中的位置,拼成一個長寬分別為a+b和a-b的矩形。在這個過程中,圖2和圖1中的黃色部分的面積是相等的(等積變換)。
圖2中黃色部分面積
=(a-b)(a+b)
圖1中黃色部分面積
=a2-b2
∵圖2和圖1中的黃色部分的面積是相等
∴(a-b)(a+b)=a2-b2
圖3是圖1到圖2的動畫演示
---圖3---
2.完全平方公式
(a+b)2=a2+b2+2ab
兩數(shù)和的平方等于這兩數(shù)的平方和與這兩數(shù)積的2倍的和。
代數(shù)法推導
(a+b)2
=(a+b)(a+b)
=()(a+b)
=()a+()b
=(a+b)a+(a+b)b
=a2+ab+b2+ab
=a2+b2+2ab
幾何解釋:如下圖4和圖5
圖4是邊長為a+b的正方形,圖2由圖1變化而來:從圖1的正方形,垂直切兩刀,將原來的正方形分成4塊:兩個正方形,兩個一樣的矩形。在這個過程中,圖4和圖5的總面積是相等的(等積變換)。
圖4中正方形的面積=(a+b)2
圖5大正方形的面積
=a2+b2+2ab
∵圖4和圖5的總面積是相等
∴(a+b)2=a2+b2+2ab
即
兩數(shù)和的平方等于這兩數(shù)的平方和與這兩數(shù)積的2倍的和。
特別地,
(a-b)2=[a+(-b)]2=a2+(-b)2+2a(-b)=a2+b2-2ab
3.兩數(shù)和的立方公式
兩數(shù)和的立方公式,可以利用完全平方公式推導出來。
(a+b)^3
=(a+b)(a+b)2
=(a+b)(a2+b2+2ab)
=()a2+()b2+()2ab
=(a+b)a2+(a+b)b2+(a+b)2ab
=a^3+a2b+ab2+b^3+2a2b+2ab2
=a^3+3a2b+3ab2+b^3
特別地,
(a-b)^3
=[a+(-b)]^3
=a^3+3a2(-b)+3a(-b)2+(-b)^3
=a^3-3a2b+3ab2-b^3
4.立方差、立方和公式
立方差、立方和公式利用整體思想和分配律直接(仿平方差公式完成,留待感興趣者自己完成),過程略去。
立方差公式
(a-b)(a2+b2+ab)=a^3-b^3
立方和公式
(a+b)(a2+b2-ab)=a^3+b^3
對乘法公式的理解可以分為三個層次:
1.文字含義和字母表示
2.整體思想
3.公式變形
4.公式之間的聯(lián)系
理解的不同層次,決定后續(xù)階段對乘法公式靈活運用的程度,這也反映了學習能力的不同水平。
比如,
平方差公式:(a+b)(a-b)=a2-b2
可以理解為:和與差之積=平方差
完全平方公式:
(a+b)2=a2+b2+2ab
和平方=平方和+積的2倍
(a-b)2=a2+b2-2ab
差平方=平方和-積的2倍
公式變形:
a2+b2=(a+b)2-2ab
a2+b2=(a-b)2+2ab
公式之間的聯(lián)系:
(a+b)2-(a-b)2=4ab
關(guān)于公式中a,b的含義:公式中a,b雖然表面意思是兩個“任意數(shù)”,其實它們不止是表示“任意數(shù)”,還表示“任意代數(shù)式”,這正是整體思想的體現(xiàn),也是在后續(xù)運用最重要的一點。
比如,平方差公式(a+b)(a-b)=a2-b2中,如果把a,b分別理解為x+y與x-y,則
a+b=2x,a-b=2y,
a2=(x+y)2,b2=(x-y)2,
因而4xy=(x+y)2-(x-y)2,
這樣,又從平方差公式中,推導出兩個完全平方公式之間的聯(lián)系:兩數(shù)和的平方比兩數(shù)差的平方多4倍的兩數(shù)之積。
又比如,如果把(a+b)2=a2+b2+2ab中的a理解為x+y,則又可以推導出三數(shù)的和平方公式
(x+y+b)2
=(x+y)2+b2+2(x+y)b
=x2+y2+2xy+b2+2xb+2yb
=x2+y2+b2+2xy+2xb+2yb
乘法公式是初中代數(shù)中最重要的公式,它們也是后續(xù)內(nèi)容,比如代數(shù)式求值,代數(shù)式變形,分解因式,解方程,二次函數(shù)等諸多內(nèi)容的基礎??梢院敛豢鋸埖卣f,如果乘法公式不掌握好,后面的學習將寸步難行。同時公乘法式本身含義深刻,形式靈活多變。因此,在乘法公式的推導過程中,抓住整體思想和分配律,并用圖形的等積變換加以解釋。在公式的理解中重點從四個層次加以提升,特別要強調(diào)一句的是“整體思想”,在公式的理解和運用方面是重中之重,這一點尤其重要!
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