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代数 · 立方差公式

a³ − b³ 到底等于什么?

课本上写着 a³ − b³ = (a − b)(a² + ab + b²)。中间那个 +ab 像是凭空冒出来的,明明是减法,括号里却全是加号。其实一点都不奇怪:从立方体的角上挖掉一个小立方体,剩下的部分正好切成三块,而这三块共用同一条边。

拖动可以转动积木

同一件事,用代数写出来

积木是图像。下面是纸面上的两种写法——以及它们怎样跟三块积木一一对应。

验证:把右边乘开

先用 a 去乘,再用 −b 去乘(分配律)。中间四项两两抵消:

(a − b)(a² + ab + b²)
= a³ + a²b + ab² − a²b − ab² − b³
= a³ − b³ ✓

推导:添项减项,提出 (a − b)

当 a = b 时 a³ − b³ = 0,所以 (a − b) 一定是它的因式。添上 −a²b + a²b 和 −ab² + ab²,让 (a − b) 出现三次:

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

这三项就是三块积木:a²(a − b) 是底下的平板,ab(a − b) 是长条,b²(a − b) 是洞后面那一块。代数里的"添项减项",就是图里的"切成三块";而提出 (a − b),就是把分配律倒过来用。

换你来:任意的 a 和 b

改变大小,在三种视图之间切换。不管 a 和 b 是多少,剩下的部分总能切成三块厚度为 a − b 的长方体。

回放:三个动作

1

挖掉一个角

边长 a 的立方体挖掉边长 b 的角,正好剩下 a³ − b³ 个小方块——但形状缺了一角,很别扭。

2

把剩下的切成三块

底下的平板 a·a·(a − b)、长条 a·b·(a − b)、小块 b·b·(a − b)。每一块都有一条长 a − b 的边:正好是缺口的深度。

3

按那条共同的边排好

把每块转过来,让 a − b 那条边朝向你,再推到一起。得到一整块 a − b 厚的平板,正面面积 a² + ab + b²。体积 = 厚度 × 正面面积。

a³ − b³ = (a − b)(a² + ab + b²)

这就是立方差公式。第二个括号里三个符号全是 +,因为三块积木全都在那里——图里没有任何东西被减掉两次。

它的双胞胎:a³ + b³

a³ + b³ = (a + b)(a² − ab + b²)

对于立方和,第一个括号变成 (a + b),第二个括号里只有中间的符号变成减号。(它的图像需要把一个立方体"加"到另一个上——那是另一篇的故事。)

记忆口诀:"同、反、正"——第一个符号与原式相同,中间的符号相反,最后一项永远为正。用数字验证:1001 = 10³ + 1³ = 11 × 91。

练习:找出陷阱

九道题,全部围绕大家真正会犯的错误:中间多了个负号、忘了先开立方、把 (a − b)³ 当成 a³ − b³……选一个答案,再点点错误选项:每个错误选项都藏着一种具体的失误。

第一次就答对: 0 / 0