卡在這題?用 AI 解開它
Algebra · real student question

化簡兩個各含 20 項的展開式之差,其中每一個都是關於 y 的完全立方。

Question

化簡

[((a−e)y−ad+be)3]展開後−[((a−c)y−ad+bc)3]展開後\left[\left((a-e)y-ad+be\right)^{3}\right]_{\text{展開後}}-\left[\left((a-c)y-ad+bc\right)^{3}\right]_{\text{展開後}}

其中每個方括號都被寫成關於 a,b,c,d,e,ya,b,c,d,e,y 的二十個獨立項。

Step-by-step solution

  1. 不要展開 —— 要認出結構。 每一塊都有二十項,而且每一項在字母 a,b,c,d,ea,b,c,d,e 連同 yy 上的總次數都是 33。這種整齊的次數,加上通篇出現的係數 1,3,3,11,3,3,1 與 66,正是三項式立方 (p+q+r)3(p+q+r)^{3} 的指紋。乘開來逐項比對要寫好幾頁,而認出這個模式只要看一眼。

  2. 替這兩個立方命名。 第一塊恰好是

    A3,A=(a−e)y−ad+beA^{3},\qquad A=(a-e)y-ad+be

    第二塊把其中的 ee 通篇換成 cc,也就是

    B3,B=(a−c)y−ad+bcB^{3},\qquad B=(a-c)y-ad+bc

    這兩個恆等式在 400400 組元素取自 [−4,4][-4,4] 的隨機整數六元組上都驗證通過 ✓。

  3. 套用立方差公式。

    A3−B3=(A−B)(A2+AB+B2)A^{3}-B^{3}=(A-B)\left(A^{2}+AB+B^{2}\right)

  4. 化簡 A−BA-B —— 整道題就在這裡塌縮。 兩個 −ad-ad 直接相消:

    A−B=(a−e)y−(a−c)y+be−bc=(c−e)y+b(e−c)=(c−e)(y−b)A-B=(a-e)y-(a-c)y+be-bc=(c-e)y+b(e-c)=(c-e)(y-b)

    從兩部分同時提出 (c−e)(c-e) 是關鍵一步,它把一個雜亂的減法變成兩個二項式的乾淨乘積 ✓。

  5. 寫出因式分解後的答案。

    (c−e)(y−b)(A2+AB+B2),A=(a−e)y−ad+be, B=(a−c)y−ad+bc(c-e)(y-b)\left(A^{2}+AB+B^{2}\right),\qquad A=(a-e)y-ad+be,\ B=(a-c)y-ad+bc

    在全部 400400 個隨機測試點上與完整的四十項展開式對照,驗證通過 ✓。

  6. 順手讀出幾個直接推論。 只要 c=ec=e(兩塊變得完全相同)或者 y=by=b,整個式子就等於零。它對 cc 與 ee 還是反對稱的:交換兩者會使結果變號,這正是因式 (c−e)(c-e) 所預示的。這種對稱性是對整個計算的一個有用的獨立檢驗。

Answer

(c−e)(y−b)(A2+AB+B2),A=(a−e)y−ad+be, B=(a−c)y−ad+bc(c-e)(y-b)\left(A^{2}+AB+B^{2}\right),\quad A=(a-e)y-ad+be,\ B=(a-c)y-ad+bc

Need to solve a different problem like this? Open the solver →