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Algebra · real student question

x² + 8x + 16 と x² − 4x + 4 の積を展開せよ。

Question

展開せよ:

(x2+8x+16)(x2−4x+4)(x^2+8x+16)(x^2-4x+4)

Step-by-step solution

  1. それぞれの 3 項式が完全平方式であることを見抜く。 a2±2ab+b2a^2\pm 2ab+b^2 の形になっているかを確かめる:

    x2+8x+16=(x+4)2,x2−4x+4=(x−2)2x^2+8x+16=(x+4)^2,\qquad x^2-4x+4=(x-2)^2

    真ん中の係数がそれを裏づけている。2⋅4=82\cdot 4=8 であり 2⋅2=42\cdot 2=4 である。これで項ごとの掛け算 9 回を避けられる。

  2. 2 つの平方をひとつにまとめる。 u2v2=(uv)2u^2v^2=(uv)^2 だから

    (x+4)2(x−2)2=[(x+4)(x−2)]2(x+4)^2(x-2)^2=\bigl[(x+4)(x-2)\bigr]^2

    要点はこれがすべてである。まず1 次の因数どうしを掛け、そのあと 1 回だけ 2 乗する。

  3. 2 つの 1 次式を掛ける。

    (x+4)(x−2)=x2−2x+4x−8=x2+2x−8(x+4)(x-2)=x^2-2x+4x-8=x^2+2x-8

    これで問題は 3 項式 x2+2x−8x^2+2x-8 を 2 乗することに帰着する。

  4. 3 項の公式で 3 項式を 2 乗する。 (a+b+c)2=a2+b2+c2+2ab+2ac+2bc(a+b+c)^2=a^2+b^2+c^2+2ab+2ac+2bc で a=x2a=x^2、b=2xb=2x、c=−8c=-8 とすると:

    a2=x4, b2=4x2, c2=64, 2ab=4x3, 2ac=−16x2, 2bc=−32xa^2=x^4,\ b^2=4x^2,\ c^2=64,\ 2ab=4x^3,\ 2ac=-16x^2,\ 2bc=-32x

  5. 同類項をまとめる。 2 つの x2x^2 の寄与が合わさって:

    x4+4x3+(4−16)x2−32x+64=x4+4x3−12x2−32x+64x^4+4x^3+(4-16)x^2-32x+64=x^4+4x^3-12x^2-32x+64

  6. x=1x=1 と x=−4x=-4 で検算する。 x=1x=1 ではもとの式が (1+8+16)(1−4+4)=25⋅1=25(1+8+16)(1-4+4)=25\cdot 1=25 となり、展開形は 1+4−12−32+64=251+4-12-32+64=25 となる。x=−4x=-4 ではもとの式は 00 であり((x+4)2(x+4)^2 が消えるから)、展開形も 256−256−192+128+64=0256-256-192+128+64=0 となる。どちらも一致している。

Answer

(x2+8x+16)(x2−4x+4)=[(x+4)(x−2)]2=x4+4x3−12x2−32x+64(x^2+8x+16)(x^2-4x+4)=\bigl[(x+4)(x-2)\bigr]^2=x^4+4x^3-12x^2-32x+64

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